理论物理学家的一天是怎样的呢？

本文翻译自Oscar Nieves的博客文章《A day in the life of a Theoretical Physicist》。原文请点击文末原文链接查看。

• 理论物理学家寻求发展数学模型和一般理论来解释我们在自然界中（直接或间接）观察到的物理现象。这需要对数学方法和物理原理有非常深刻的理解。

• 这些理论和模型往往非常抽象和复杂，例如粒子物理学，因此必须记住，无论理论物理学家得到什么结果，都必须可以以某种方式测量或测试。如果实验与理论预测不一致，那么理论物理学家需要重新审视他们的假设并相应地改变它们，或是通过添加或删改其中的物理机制，或是重新开始。

• 理论物理学家还使用计算机模拟验证他们的假设，这使得一旦他们知道要寻找什么或测量什么，运行实验就更加高效和经济高效。计算机模拟也有助于发现新的物理学。

每天的工作量取决于我努力实现的短期目标，这也取决于我研究小组中的其他人想要什么。例如，如果我们正在写一篇研究论文，我们为每周设定时间表，并逐步研究论文的不同方面，从结果开始（因为没有结果=没有论文），然后拼死分析这些结果（我这么说并不夸张：我必须说明每一个细节，仿佛在奥林匹克游泳池中计算亚原子粒子）。这也意味着我每周有多次研究会议（通常每周2-3次），在那里我们回顾迄今取得的任何进展，并提出未来几天新的工作任务。这是一个乏味的过程，但它有助于更快地完成论文。

这些天我的大部分工作都是在Matlab中进行模拟，我从零开始使用一些数值方法的背景知识来编写代码。写代码是一件非常累的工作，在一天内编写1000多行代码并不罕见，需要大量的故障排除工作（事实上，故障排除占我编写代码所花费时间的 95%）。必须根据已知的精确解对代码进行严格测试，我们还必须检查模拟在不同条件下的行为，以确定可能的缺陷或错误。我还必须做大量的收敛测试，这意味着运行一个具有不同步长的模拟（例如在空间或时间），并查看解是否随着步长减少而接近一些恒定值（这就是我们所说的"数值收敛"）。

在我现在做的编写代码之前，我的大部分工作都围绕手工（如果可能的话）得出方程的解，并试图通过使用物理原理获得对这些解的本质的物理见解。我想说，到目前为止，我的整个博士期间都是70%左右的笔和纸，30%的编程，这对我来说很好，因为我总是喜欢手工解决工作问题，而不是通过代码。

这是一个有点复杂的问题，因为从17-20世纪以来物理学已经发生了很大的变化。今天的物理研究有两个主要目的：寻找"新物理学"，并增强我们对现有物理学的知识，以便我们能够在现实世界中提出更好的工程应用。因此，21世纪的物理学是纯物理（为了获取知识而研究）和工程学之间的交叉。许多人会质疑物理学的工程方面是否真的可以被称为"物理研究"，因为"应用物理"和"工程学"之间几乎没有区别，但我不明白为什么这如此成问题，我的意思是：我的大部分研究是"基于物理的"，因为我正在研究基本的行为和机制，但同时我做的工作是专门针对一组子集的工程应用，所以我需要同时保持我的理论和模型实用性和现实性。

然而，我确实设想过在不久的将来，物理和工程的融合会越来越多，因为我看到许多工程师在做物理工作，我也看到许多物理学家在做工程工作。在大型研究项目（如大型强子对撞机）方面，两者之间有很多合作。因此，也许在100年后，两者之间不会有太大的区别，我们将会被称为"物理工程师"。

这取决于这个人以及他们有多喜欢这种生活方式。我想说，如果你对自然及其内部运行机制感到好奇，并且你喜欢解决数学问题，并提出关于"事物如何运作"的抽象理论，那么这项工作绝对是有趣的。同时，我不能说这项工作是轻松或平衡的。在我的博士生涯中，我一年四季平均每周工作60小时左右。不用说：这项工作非常累人。即使我不是"实际上在做这项工作"，至少我是在"非常认真地思考工作"，这基本上意味着我的大脑一直是高速运转着。因此，我想说，作为一个长期的事业（如20年以上），理论物理学可能不是人类最可持续的职业选择。

另一个对21世纪的理论物理学有点不尽如人意的方面是，你所做的研究在任何方面都可能不会具有突破性。在过去的几个世纪里，做开创性的工作要容易得多，即使手工解决一个方程也足以授予你诺贝尔奖。如今，在全世界数百万从事研究的物理学家中，尤其是作为一名理论物理学家，彩票中奖的概率要远大于获得诺贝尔奖。有些人可能会觉得这有点过于悲观，但保持现实的期望是好的，这样是理智的。毕竟，如果你期望从理论物理中获得很多声誉或奖项，你就不应该成为一个理论物理学家。否则在你的职业生涯中，你最可能得到的就是与其他物理学家的几次握手。

总之，理论物理是一个十分困难的职业。这项工作需要大量的数学、解决问题、抽象思维和计算机编程。这项工作很有趣，但也很漫长、乏味，并且有时感觉它不会有什么结果。但是，尽管它带来了种种挑战，我也认为它是重要的工作，特别是如果我们想要加深对自然及其内部运行机制的理解。

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