我本科读的是土木工程专业，但是我将来想成为一名物理学家。
2013年刚进入大学一年级的时候，我的专业是日语系。日语系一届大约有50名学生，其中只有5位男生。对于一个刚刚高中毕业的理科男生来说，能够和这么多年轻可爱的女孩一起学习，是一件不可多得的好事，因为他整个高中三年认识的女生可能不会超过10个人。可惜的是，这个男孩小时候读了太多科普书籍，他更加感兴趣的是怪异的量子力学，甚至是弦理论，因此他决定要转专业。他首先打听了一下他大学物理系的信息，却发现物理系的教职工看起来和他科普书中譬如尼尔斯·波尔、沃尔夫冈·泡利、阿尔伯特·爱因斯坦还有理查德·费曼这样的物理学家风格迥异，工科气质大大盖过了科学家的气质。因此，他就退而求其次转而去了土木工程专业，想着也许他能在那里遇到更加极客的同学和老师，因为他大学的土木工程学院的师资和生源在国内数一数二。2014年，他进入了同济大学土木工程学院开始了他工程师的本科训练。
2017年，他从土木工程学院毕业，并拿到了工学学士学位。但他想要成为一名物理学家的梦想并没有改变。他又花了两年来准备物理研究生院的申请，并在2019年3月4号拿到了东京大学物理系的录取信。男孩终于在成为物理学家的征程中迈出了第一步。
Part I: 你为什么想要成为物理学家？
当我还是个高中生的时候，就萌生了想要成为一名物理学家的想法。上面已经提到，大学的时候我也曾想要转到物理系。但真正的契机是在2016年暑假，在我完成了大部分土木工程本科课程之后，开始考虑毕业之后应该做什么。
我问我自己：你想要追求什么事业？一般来说，一个人需要在工作上每天花费8个小时以上，一周至少5天。这大约是我所有时间的8/24 * 5/7 = 0.23 ~ 1/4以上。所以我必须对这项事业非常感兴趣，不然我将来的生活会非常糟糕！当时我并没立刻得到一个答案，但是我尝试着一步一步进行分析：
- 我将来想找一个与土木工程相关的工作吗？在那个时候，我的答案是否定的。土木工程（或者结构工程），正如它的名字一样，对我来说太“工程”了。这个领域的从业人员不是很喜欢把科学技术应用到极致（我是指将科学技术推向在现有知识领域的边界，而且试图继续往外扩张），因为这是一个较为传统的工科领域。他们的工作需要解决现实非常复杂的问题，虽然我对这些复杂问题也非常痴迷，但是他们采用的方法不是很合我的胃口。毕竟只要你能把建筑或者桥梁立起来，而且造价经济，质量可靠，就行了。更进一步的科学问题并不是这个领域关注的核心问题，大家对科学问题并没有那么执着。当然，这只是我个人的感受，我始终无法感受工程学科有意思的地方。这样看起来，土木工程领域不是我的舞台，我一直都是一个爱科学的极客，在工程领域会显得有点格格不入。另外还有一个原因就是，我不喜欢画设计图。
- 我应该去追求物理学家这个职业吗？我不能100%确定。我在土木工程学习了2年，对工程领域较为了解，但我从来没有接受过现代物理学的教育，对物理学这个学科也不是非常了解（虽然我看过很多科普书），所以我不能确定我是不是真的喜欢做物理。但是我在书里面认识了很多物理学家，他们看起来都非常极客，就和我一样。所以看起来我似乎可以去当一名物理学家，或者至少，可以从事一项与物理有关的事业。
- 那么我现在应该怎么做？问题的症结在于我对物理这一学科不是很了解，所以我不能100%确定我是否能够从事那个方向的事业。一个很好的选择就是自学物理系的本科课程。当我对物理学科有一个基本的了解之后，就可以做决定了。
我在2016年9月开始了我的物理本科课程自学项目。除了上文提到的原因以外，还有另外一个原因促使我开始这个项目，这是与物理学习的本质相关的（当你选择自己的事业时，最好要提前对它的本质有一定的了解），将欧几里得对国王的回话稍作改编：学物理没有专为国王铺设的大道。在学习物理时候，你必须一个概念一个概念的层层递进，如果没有扎实的本科知识基础，我是不可能直接去学物理系研究生课程的。引用马克·威兹曼（Mark Weitzman，他是所有物理和数学相关的网课里最好的助教）的话，“理论物理一个最吸引人的特质就是，它知识体系之间的联系非常紧密 （甚至比像数学这样的学科联系都紧密）— 几乎每个物理领域都与物理的其他领域有关，而且需要借助那些领域的很多技术和概念”。物理和诸如土木工程或者金融学这样的学科有很大的不同，物理学的技术准入壁垒非常高。（我并不是说那些学科不重要，他们当然是非常重要的，我想强调的是这些学科本身的一些特点而已）
那时候我并没有考虑，像我这样一个没有物理学传统教育背景的学生，被顶尖的物理研究生院录取的机会有多大。我甚至没有去专门四处打听这个问题。其中一个原因在于，这种非物理本科背景在研究生阶段转到物理系的案例实在是太少了。（我当然知道保罗·狄拉克本科学的是电气工程，但那是20世纪初的事情了）你可以在网上找到零星的几个案例，但这些案例通常都没有给出他们是如何成功转到物理的。这也是我写下这篇日记的主要原因，希望我的这些经历对将来想要学物理的非物理传统背景的学生有一定的帮助。我没有考虑录取几率的另一原因在于，我知道这个问题的答案永远是否定的，但我那个时候并不需要过多的否定回答。前不久，我和马克还有吉姆·弗雷里克斯（Jim Freericks，他带我进行了一个物理研究项目，这是我的第一个物理研究）网上聊天的时候，我提到了我物理研究生入学考试取得满分的事情，马克认为这是我拿到录取信的一个重要因素，但吉姆认为“事实情况是，在（物理）GRE上做得很好但是具有非传统背景意味着你进入顶级物理研究生院的机会非常小，即使不是零。 他们没有必要冒这个险，因为他们有很多传统的候选人可以选择。 即使是有物理研究经验也是不够的”
我没有考虑我的物理研究生院申请会如何，并不是因为我不在意结果，我是很想去读物理的！真正的原因是，在那个时间点，这不是个好问题。（甚至可以说这是个坏问题）比如说，对于一个高三优等生来说，你想要去清华还是北大是一个非常现实而且紧迫的问题，但对于一个8岁的小孩来说，这个问题意义不大。我当时甚至没有接受过任何本科物理的训练，从某种程度来看，在物理研究生院申请上和一个8岁的小孩一样。所以2016年的时候我没有考虑太多，无论如何我都要开始我的物理本科课程自学项目。我已经没时间再犹豫了，毕竟我不是个8岁小孩了，我当时已经21岁了。
Part II: 你的自学项目是怎么进行的？
开始一项自学项目这个想法主要是受到斯科特·杨的麻省理工挑战项目的启发。斯科特·杨用了1年时间学完了麻省理工计算机科学专业4年的所有课程。然后我就想，我也基本上是用了3年的时间就完成了同济大学土木工程系4年的所有课程。所以我对斯科特·杨的挑战立刻有了兴趣。因此我开始了我自己的物理挑战。
下一个需要决定的问题是，我该用中文学物理还是用英文学物理呢？经过一番网络搜索，我发现英文的物理学习材料比中文的学习材料多得多，在网上能比较容易的找到英文学习材料。而且大部分麻省理工公开课网站上的学习资料都是英文的，这可是自学者的大宝藏！（不仅仅是学物理和数学，任何想要自己学习的人都会喜欢上麻省理工的公开课网站的！）所以我决定直接用英语学习物理。
我使用过的主要资源已经以图片的形式列在上面（点击图片可以浏览对应的网页）。edX和Coursera是两家大型开放式网络课程提供商，也叫慕课。麻省理工公开课网站是斯科特·杨进行他的麻省理工挑战所用的主要网站。大部分麻省理工公开课网站上的课程都会提供课程大纲、阅读材料、作业以及作业答案，和考试卷。有些课程甚至会提供课程视频。还有一些课程（大都是那些大一的通识课程，譬如微积分、大学物理、生物学、化学、基础编程）会提供OCW学术版本，这种版本的课程，是专门为自学者设计的，这些课程的课程号一般以SC结尾。只要你有基本的英语技能（高中级别的英语已经完全够了），麻省理工公开课网站绝对是你学习大学课程、提升自我的不二之选。好的老师非常了解他（她）的学生们，从来不会事先假定他（或她）学生什么都懂，而会仔细地斟酌自己的上课方式，让课程简单易懂。你会发现麻省理工公开课网站上网课的老师，大都是这样的好老师。另外，对于想要学习物理的学生来说，加州理工物理系课程安排和课程网站也是一个寻找课程资源的好地方。
那么有了这些资源之后，如何开始自学呢？不同的资源有不同的学习方式，但作为学习过程来说，基本的原理都是一样的。想一想我们大学本科（或者任何在校阶段）是如何学习的。一般有三步：去上课、完成课程作业、参加考试。前两步对于自学者来说是很重要的过程。由于自学者没有教室可去，如果课程提供课程视频的话，可以观看课程视频，如果没有的话，则应该阅读教科书。然后是写作业，这是最为关键的一步。没有哪个学生是听听课就能学会的（小学除外🤔🤔🤔），尤其是对理科和工科学习来说。熟能生巧。由于写作业非常非常重要，因此对于刚刚开始自学的学生来说，最好要选择提供作业答案的课程，或者是提供课后习题答案的教科书。如果课程提供考试，还是建议自己测试一下，如果没有就算了。具体来说：
- 对于慕课和OCW学术版课程来说，就把它当做你在学校上的那种普通课程。课程资料已经安排得非常适于自学者学习了。
- 对于麻省理工公开课网站和加州理工物理系课程安排和课程网站上的课程，需要按照上述的方法自己安排学习计划。
对于自学，还有一个额外的建议。对于很多自学者来说，他们平时都有自己的工作要做。当我进行我的物理本科课程自学项目时，我还在同济大学结构工程研究生院，平时有许多工作要做。对一个真正的自学者来说，将他的自学计划写入自己的日程表中非常有必要。另一个小技巧就是记录你在自己自学计划中花了多少时间。我一般工作日每天会花3到4个小时在自学项目上，周末大概5到7小时。当我拿到东京大学物理系的录取通知时，我一共在自学项目上花了大约3000个小时。
Part III: 你具体学了哪些课？
（如果下面的超链接提供的是旧版本的edX课程，你可以在edX搜索框查找是否有目前正在进行的版本）
虽然我大学一年级的物理课学得很好，但是我的物理本科课程自学项目的头两门课是麻省理工大一物理课8.01和8.02，主要是为了让我自己熟悉一下整个自学的过程以及英文学习的环境。（一个额外的事实：直接用英文学习对于托福考试有很大的帮助，我第一次考托福是在自学项目之前，复习了3个月左右，考了96；我第二次考托福是在2017年4月，在我进行了自学项目约半年之后，我没有特别为这场考试做准备，最终考了105）以下是我在这期间学习的课程：
- 8.01.1x – 3x, 物理 I，经典物理。我运气很好，刚好碰上edX版本的8.01首次开课。这是一门大一的力学课程，主要学习牛顿的矢量公式化的力学：先画受力分析图、然后在进行几何分析。课程非常强调守恒定律：动量守恒、角动量守恒和能量守恒。对我来说很简单，我最终分数是(99+100+92)/3=97.
- 8.02, 物理II，电学和磁学。我上的是沃尔特·勒温教授讲授的版本。由于某些原因，勒温教授的课现在在麻省理工公开课网站上已经找不到了，但是他自己把这些课程的视频上传到了YouTube上（你要科学上网之后才能浏览这些视频）。课程的作业和答案可以在对应视频课程的介绍部分找到。电学和磁学就像是科学界的魔法，勒温教授会在你的眼前演示这些戏法，看起来会和变魔术一样神奇。我向任何对科学和工程有兴趣的学生推荐这门课。看到电学和磁学规律在就你的眼前是一件非常令人激动的事儿。现在8.02也提供了edX版本，但是我没有上过那个版本，如果你有兴趣的话可以去edX网站上在MITx的物理课程列表里面找到它。这门课我的最终分数是95.8
- 8.03, 物理III，振动和波动。这门课我上的也是沃尔特·勒温教授讲授的版本。现在麻省理工公开课网站提供了这门课的OCW学术版本。但我还是强烈推荐勒温教授的这个版本。简单来说，这门课主要学的是二阶线性微分方程、波动方程以及电磁场，但是从物理的角度来讲的。与8.02一样，这门课有非常多的物理演示，其中有一个很有趣的演示是你吸入一口氦气之后再说话，声音会变得非常尖锐，和动漫人物一样。8.03在工程界有很多的应用。我结构工程研究生阶段有一门课叫做结构动力学，上课的内容和8.03基本重合，没有那么基础但是更加工程一点。我用8.03学到的知识就可以轻松拿下这门课，最后考了98分。我8.03的最终分数是89。
- 18.031x, 微分方程入门。这是一门介绍常微分方程的好课。在麻省理工，一般是大二的学生选的课。这个课是从更加数学的角度介绍二阶线性微分方程。我建议这个课可以和和8.03一起学。我觉得所有的理科和工科学生都应该学这门课，因为我们周围的世界基本就是用微分方程来表示的，这个课是学习微分方程的第一步。很奇怪的一点是我们大学土木工程系的培养计划里面并没有与此类似的数学课。这门课我的最终分数是96.4。
- 复变函数分析入门课程。这是个介绍复分析的短课程（不到两个月）。这是物理系学生的必备技巧，但我不确定它在其他工程上是否有应用：在电气工程领域复变函数会用到一些，但结构工程领域用得很少。这课主要会学解析函数、围道积分、留数定理以及对分形的一个科普性介绍（譬如曼德博集合）。这门课我的最终分数是96.4。
- 6.00.1x – 2x: 计算机科学和Python编程导论和计算思维和数据科学导论。这是两门非常有趣的编程入门课，非常适合刚刚开始学编程的人。可以说，这两门课与任何一门我自己大学开设的编程课相比，都更加现代化。（国内的大学编程课一般还都在学c++，这只对专业程序员来说有必要，对其他专业的人来说未必是最好的选择）这两门课我最终的分数是(99+96)/2=97.5。
- 读懂爱因斯坦：狭义相对论: 这门斯坦福大学开设的课程，在大学物理课所介绍的狭义相对论基础上，更进一步详细的介绍了爱因斯坦的狭义相对论的几几何概念（里面会用世界线来分析问题）。这门课是为普通的听众设计的，只要你有高中的数学基础，就能学懂这门课。对于偏向物理专业的学生来说，这门课可以帮助你建立对狭义相对论的物理直觉，为接下来的相对论学习打基础。这门课不仅介绍了许多相对论著名的悖论，给出了详细的解释说明，它还非常重视狭义相对论的几何解释：狭义相对论中最重要的是对于不同的观测者来说，时空间隔是一个不变量，而不是“一切都是相对的”。
从2017年6月到2017年12月
我在2017年6月底本科毕业，但我必须继续自己的自学计划。可怜的人啊！🤭🤭
- 18.03L: 传递函数和拉普拉斯变化 和 18.032x: 微分方程：2×2系统。这两门课和18.031x是同一个系列的微分方程课。我向所有理科和工科学生推荐这门课。这门课我的最终成绩是(100+99)/2 = 99.5。
- 天文学：探索时间和空间。这是一门略带科普性质的课，介绍了现代天文学的一些基本概念，你可以在这门课看到很多非常酷的照片。
- 统计力学：算法和计算。这是一门非常好的计算物理入门课程。主要会学习马尔科夫链蒙特卡洛采样方法。其中有三周是专门介绍量子统计力学的。我的博士课题很有可能是与这门课类似、关于量子蒙特卡洛方法方面的。这门课我的最终分数是88.6。上面的分子动力学算法图是这门课一次编程作业的内容。
- 8.033, 相对论。我学的是这个很老的8.033版本，因为这个版本的课提供全套的作业和作业答案。现在作业的链接似乎已经失效了，但如果你想要学这门课，我可以把材料分享给你，因为我把它们都下载下来了。我只完成了这门课的狭义相对论部分，即完成了9次作业的前6次。在这门课的教科书是A. P. French写的Special Relativity。这本书写得很好。
- 8.044, 统计物理。这门麻省理工公开课网站上的课程，提供了所有的作业和作业答案。课程笔记非常完善，我主要就是看这些笔记来学习这门课的。我没有仔细读这门课的教科书，Kerson Huang写的Statistical Mechanics. 我也没完成这门课的考试。总的来说这是一门很好的课。
- W3003, 力学。这是一门比大一力学课略微高级一点的经典力学课。原始的课程网站已经失效了，但archive网站能找到这个网站的镜像。这门课的教科书是John R. Taylor写的Classical Mechanics，难度略低于Goldstein写的Classical Mechanics。Taylor的书很好读懂。课程网站提供了所有的作业和作业答案。
- 6.041x, 概率论基础：第一部分 – 原理。这是麻省理工本科概率课的第一部分。我强烈推荐！这门课的老师把概率论里抽象的概念解释的非常清楚。除此之外，马克还和我推荐过edX上哈佛大学的概率课。如果你更加喜欢哈佛的话，可以尝试那门课。
我在另外一篇日记介绍了我在2018年的物理学习。除了日常的上课以外，吉姆·弗雷里克斯教授带我做了一个研究项目，这是我的第一个物理研究。我在2018年年底开始准备物理研究生院入学申请。
Part IV: 你是怎么被东京大学物理系录取的？
我之前提到非物理传统本科背景的学生被顶尖物理研究生院录取的机会几乎等于0。我的本科背景是土木工程专业，那我是怎么被东京大学物理系录取的呢？
我相信最关键的因素，是吉姆·弗雷里克斯教授给我的推荐信。吉姆和我在2018年年底进行了一个物理研究，这是我的第一个物理研究。关于这个研究的具体情况，我在另一篇日记有详细描述。
我在东京大学选择的导师，川岛直辉教授，曾经和吉姆合作过一个研究项目，所以他很看重吉姆给我写的推荐信。其实我在找川岛教授做导师的时候并不知道这一点，我只是觉得我很喜欢他从事的方向。我是学完巴黎高等师范学院开设的统计力学：算法和计算课之后，才开始对这个方向逐渐产生兴趣的。
一切都非常自然地从我的自学项目中衍生出来，虽然最重要的因素来得非常出乎意料。但这其实让我们的生活变得非常有趣，你永远都猜不到明天会发生些什么！努力付出是必须的，但同时运气也是必不可少的。谋事在人成事在天。
2019年是我的幸运年，我在成为物理学家的征程中迈出了第一步！
