Как вкатиться в физику с нуля
@physpubВ чате часто задают один и тот же вопрос о том, как начать заниматься физикой, с чего начать обучение и т.д. Данный гайд призван хотя бы частично ответить на шаблонные вопросы. На момент написания я являюсь аспирантом третьего курса, также текст во многом является отражением моего опыта. Однако я постараюсь быть максимально объективным и не превращать его в автобиографию и обобщить опыт моих знакомых, которые тоже делают карьеру в физике.
Мне просто интересно
Эта часть для тех, кто не планирует заниматься физикой профессионально, но интересуется ей на популярном уровне. В таком случае, никаких специальных советов в общем-то и нет. Можете читать любые книги в любом порядке, лишь бы было интересно.
Однако, важно помнить две вещи:
1) Научпоп не способен дать полноценное понимание. Более того, он по природе своей искажает информацию, упрощая и приводя аналогии.
2) Если серьёзное понимание физики всё-таки является целью, то имейте в виду, что оно возможно только через полноценное обучение на профильной специальности. Не получится прогрессировать, читая учебник вечером после работы. Поэтому идеи вроде "я стану программистом, чтобы заработать денег, а физику буду изучать самостоятельно" отметайте. Никакого серьёзного уровня таким образом не достичь, а про деньги будет сказано отдельно.
ШУЕ
Отдельно надо сказать про поехавших, маскирующихся под научнопопулярный или околонаучный контент. Для неспециалиста велик риск принять их измышления за чистую монету, тем самым пополнив ряды ШУЕ. Поэтому, для научпопа главное это фамилия автора. Если он известен как фрик, опровергает квантовую механику и всё в этом духе, лучше прекратите получать урон по ментальному здоровью и переключитесь на что-то другое.
Поступление и выбор вуза
Без поступления в вуз у вас практически нет никаких шансов на хотя бы какую-то карьеру в физике. Если вы школьник, поступление должно стать вашей первоочередной задачей (если вы студент не физической специальности, можете переходить к последнему абзацу следующего параграфа). Это не гайд по подготовке к ЕГЭ, так что я только кратко скажу, что надо не брезговать пользоваться школьным учебником (а не только задачником) и стараться достичь именно понимания физики, а не механического навыка решения задач. Благо, идейно школьная физика очень проста.
Выбор вуза не играет большой роли, если вуз имеет хотя бы какое-то имя и престиж. При выборе обращайте внимание научные направления, которыми занимаются на физических кафедрах и факультетах. Так, например, Физфак МГУ предлагает очень широкий спектр направлений, покрывающий если не всю, то большую часть физики, а Кафедра Теоретической Физики МИСиС сосредоточена на квантовой механике и твёрдом теле и не может предложить ничего для космологии или гидродинамики. Привожу по памяти список российских вузов, которые стоит рассмотреть для поступления:
1) МГУ
2) МФТИ
3) ВШЭ (и не смотрите, что в названии есть Э)
4) СПбГУ
5) МПГУ (да, пед, но там есть кафедра физики, связанная с ВШЭ)
7) МИСиС
8) Сколтех (нет бакалавриата)
9) СПбАУ
10) НГУ
11) МИФИ
Хотя я и написал, что у вуза должны быть имя и престиж, они именно что должны просто быть. Не стоит гнаться за рейтингами или расстраиваться, если не поступили во что-то крутое.
Я студент!
(не сдал первую сессию — не студент)
У каждого вуза своя специфика, но идея везде одна и та же — вы будете изучать разделы физики в более-менее стандартном порядке. Я не буду давать конкретные советы по учёбе, сами решайте, как вам комфортнее: хотите — ходите на лекции, не хотите — не ходите, можете вытягивать неинтересные предметы ради стипендии, а можете и забить. В целом, ваши оценки имеют достаточно слабую связь с вашим будущими успехами.
У некоторых на раннем этапе наступает разочарование в себе и своих силах, особенно, если в школе учёба давалась легко. Это связано с тем, что физика непростая наука и требует специфического образа мышления, который приходит с опытом. Не надо думать, что вам не дано быть физиком, если вы хватаете тройки. Точно также, хорошие оценки не гарантируют настоящего понимания предмета. Их причиной может быть лояльность преподавателя, низкий уровень требований или хорошо развитый навык решения стандартных задач. Я затрудняюсь дать советы о том, как понимания достичь, наверно, каждый приходит к этому сам. Но однажды пройденный материал сложится в ясную картинку, как мозаика (скорее всего).
Гораздо более важной, чем пары, является научно-исследовательская работа (НИР). По моим наблюдениям, сейчас студенты начинают заниматься ей достаточно рано, начиная с примерно второго года обучения. Я бы оценивал вузы как раз по качеству предоставляемых возможностей к занятиям НИР. Работа проводится под руководством научного руководителя и тут грамотный выбор это половина дела. Распределение студентов по руководителям производится в том или ином виде институтом, но вы и сами можете спросить понравившегося вам преподавателя о возможности проведения НИР под его руководством. Хороший руководитель даст понять, каково это решать не задачи из учебника, а настоящие научные задачи, ответов на которые нет в конце книги. Выбор руководителя тоже индивидуален, каждый сам решает, кто ему подходит. Но подойдите к выбору с умом, это очень важно! Не стесняйтесь менять руководителя, если не сошлись характерами или тема оказалась неинтересной. Чем дальше, тем сложнее будет это сделать.
Скорее всего, ваша бакалаврская работа не будет не иметь никакой научной ценности. Но она будет иметь огромную ценность для вас — это ваш первый опыт в настоящей науке поэтому отнеситесь ответственно.
Отдельно скажу про людей, которые поняли, что они хотят заниматься физикой уже будучи студентами бакалавриата или магистратуры. В таком случае, если вы учитесь на специальности, имеющей хотя бы какое-то отношение к физмату, хорошим вариантом будет доучиться и постараться поступить по физическому профилю уже в магистратуру или аспирантуру. Если же вы вдруг поняли, что филология это не ваше, а математика тоже язык, то, видимо, придётся перепоступать и проходить весь путь с самого начала. Впрочем, предыдущий вариант тоже сработает, если сможете самостоятельно подготовиться к экзаменам.
О книгах
Вопрос о литературе самый часто задаваемый и достаточно дискуссионный. Обязательно будет дано несколько ответов с последующей перепалкой между адептами разных учебников. Но, конечно же, нет какого-то самого лучшего учебника или, тем более, курса. Не стоит и останавливаться на одной книге. Излагаемый в учебниках материал по существу один и тот же (очевидно), а разница между ними состоит в подходах. Да и сами подходы не то, чтобы как-то радикально отличались. Я не буду приводить список популярных книг, после поступления вы и сами будете его знать. Пробуйте читать любые учебники, пока не найдёте понравившийся. Вероятно, что в разных учебниках будут лучше (с вашей точки зрения) изложены разные темы. Тогда переключайтесь между книгами, собирая информацию из них по частям. Через некоторое время вы запомните в каком месте лучше всего почитать об интересующей вас теме.
Большой выбор книг есть в нашей библиотеке: @physpublib.
Какая бывает физика
Традиционно физика делится на экспериментальную и теоретическую. В последнее время, с развитием компьютеров, выделяют ещё вычислительную физику. Существуют пограничные случаи, но обычно деление достаточно легко провести.
Теоретическая физика
Теоретики занимаются построением математических моделей, описывающих процессы реального мира. Это сильно математизированная область, местами слабо отличимая от чистой математики. Проведения экспериментов тут нет, так что, если любите сложную математику, абстрактные рассуждения, а руками работать не любите, это область для вас.
Экспериментальная физика
Как следует из названия, занимается проведением экспериментов. Требования к математической и теоретической подготовке здесь ниже, однако, требуется уметь решать инженерные задачи, работать руками, находить способы провести эксперимент при ограниченных ресурсах и возможностях. Понимание физики здесь несколько отличное от теоретического. Нужно не столько уметь составить математическую модель, сколько понимать физические процессы и связь между ними, проявление их в эксперименте.
Вычислительная физика
Практически все задачи в физике не могут быть решены аналитически. Поэтому, численное решение на компьютере играет очень важную роль. В том или ином виде навыками численных расчётов должны владеть все. Специалисты же в этой области работают с вычислительными кластерами, разрабатывают численные методы для получения точного решения, недоступного теоретикам.
Деньги
Наука — лучший способ удовлетворения личного любопытства за государственный счёт
Есть стереотип, согласно которому в российской науке денег нет и, выбирая научную карьеру, человек обрекает себя на нищенство. К счастью, реальная ситуация далеко не такая. Работая в науке вполне можно обеспечить себе безбедное существование ничем не хуже (а то и лучше) среднего по стране и даже по Москве. Однако есть деталь, которую надо иметь в виду — основное финансирование учёного и большая часть его зарплаты берётся из грантов. Гранты это деньги, выделяемые государством или какой-либо организацией на проведение исследований. Но выдают их на конкурсной основе, поэтому за гранты серьёзная конкуренция. По этой причине доход достаточно нестабилен и может колебаться в зависимости от успеха в конкурсе.
Пока я в аспирантуре, за меня грантовыми делами занимается кафедра, поэтому я мало что понимаю в этой системе. Но в общих чертах идею я передал. Хороший же грант позволит получать достойную зарплату, так что хороший учёный голодать не будет. Если к этому добавить ещё и достаточно свободный график (не как офисный планктон или рабочий на заводе), возможность заниматься любимым делом и поездки на конференции за казённый счёт, то положение дел становится очень приятным.
Что ещё
Тут несколько советов, которые не вписываются в предыдущие параграфы.
Освойте необходимое ПО, надо уметь не только браузером и Дотой пользоваться, но и иметь хотя бы зачаточный навык программирования. Конкретный стек зависит от места вашей работы. Обязательно только уметь пользоваться LaTeX — это стандарт написания научных статей. Лучше всего постараться написать в нём несколько некритичных к качеству и срокам документов, типа курсовых, так как обучение требует некоторых усилий и во время написания диплома хотелось бы заняться чем-то другим.
Учитесь без фанатизма. Объём информации производит сильное впечатление и начинающему кажется, что не освоив всё он не может быть физиком. В действительности же существует необходимый минимум, которого достаточно для изучения любой другой области, коль скоро появилась такая потребность. Ваша задача изучить как можно лучше его, а университетская программа как раз на это и нацелена.
Не парьтесь насчёт оценок и успеваемости, заваленный экзамен не ставит крест на карьере. Старайтесь прийти к понимаю, а не успешному решению задач. Из первого следует второе, но второе не гарантирует первое. И не ссыте, у вас всё получится.