Trước tiên, ông xếp hạng những bộ môn cần thiết cũng như thứ tự học trong lĩnh vực vật lý, từ cấp độ thấp đến cao, nơi đỏi hòi nhiều kiến thức nền tảng và công cụ toán học song song.
1. Languages : Ngôn ngữ là điều kiện trước tiên, bạn phải có khả năng đọc, viết, hiểu và diễn giải theo ngôn ngữ thông dụng quốc tế như tiếng Anh hay tiếng Pháp. Sớm hay muộn, bạn sẽ cần có những công bố khoa học, và tất nhiên bạn muốn người đọc hiểu những gì mình viết ra, một cách rõ ràng và thông thoát.
2. Primary Mathematics : Đó là những kiến thức cơ bản nhất của toán học, số thực, số ảo, lượng giác, dãy số hay các hàm số đặc trưng. Kiến thức cơ bản về xác suất thông kê cũng như đạo hàm, đạo hàm riêng, hay vi phân, và lý thuyết tập hợp, tôpô
3. Classical Mechanics : Cơ học cổ điển, trong đó những kiến thức về tĩnh học, lực, hay định luật Newton làm nền tảng. Định luật Kepler, chuyển động của các hành tinh hay hệ nhiệt vật cũng thuộc lĩnh vực cơ học cổ điển. Nguyên lý tác động tối thiểu, các phương trình bán cổ điển Hamilton, Lagrangean đều rất quan trọng. Dao động điều hòa, con lắc đơn, phương trình sóng, chuyển động của chất lỏng, chất khí hay phương trình Navier- Stokes cũng thuộc lĩnh vực cơ học cổ điển.
4. Optics: Quang học, trong đó các kiến thức cơ bản nhất như phản xạ, khúc xạ ánh sáng, thấu kính, gương, ống nhòm và kính thiên văn sẽ được giới thiệu. Một số mô hình ánh sáng của Newton, Huygen, và quá trình truyền sóng , cũng như hiệu ứng Doppler là một phần không thể thiếu trong quang học cổ điển.
5. Statistical Mechanics and Thermodynamic : Thống kê và nhiệt đông lực học, ở đây bạn sẽ được tìm hiểu về 3 nguyên lý của nhiệt động lực học, phân bố Boltzmann, chu trình Carnot, quá trình chuyển pha, và đặc biệt là khái niệm Entropy cũng như các bậc tự do. Mô hình Ising cũng như định luật phát xạ Planck sẽ được đề cập đến.
6. Electronics: Các kiến thức cơ bản và sơ khai về điện tử, mạch điện, và việc sử dụng số ảo trong các công thức của hệ điện tử. Bóng bán dẫn và diode cũng là một phần tối quan trọng trong các mạch tích hợp, và hệ điện tử.
7. Electromagnetism: Lý thuyết điện từ : Sử dụng các phương trình Maxwell, ánh sáng được coi là một sóng điện tử và tuân thủ các định luật Maxwell. Nhiều bài toán biên, trong môi trường chân không, đường dẫn sóng sẽ được đề cập đến. Trường vector và bất biến gauge cũng như quá trình hấp thụ và phát xạ sóng điện từ là trọng tâm của lý thuyết điện từ.
8. Quantum Mechanics: Cơ học lượng tử, các vấn đề mà cơ học cổ điển không thể giải thích nổi, dẫn đến việc hình thành và xây dựng cơ học lượng tử. Trong đó nguyên tử Bohr, công thức Debroglie, phương trình Schrodinger, nguyên lý bất định Heisenberg cùng hàng lọat các bài toán cơ bản, giếng thế, các hiệu ứng như Zeeman hay Stark. Song song với nó là các toán tử năng lượng, động lượng, và các tính chất không giao hoán, tính chất đối xứng và không đối xứng của hàm sóng.
9. Atoms and Molecules: Những kiến thức cơ bản của cơ học lượng tử sẽ giúp ích rất nhiều cho việc tìm hiểu và giải thích các liên kết hóa học, ortibal, phổ nguyên tử cũng như quá trình phát xạ, hấp thụ ánh sáng, các quy luật như nguyên lý loại trừ hay môment từ.
10. Solid State Physics: Vật lý chất rắn, nơi đây nhiều vấn đề như các nhóm tinh thể, phản xạ Bragg, các hàng số điện môi, dung môi hay phổ Bloch, cùng với mức năng lượng Fermi sẽ được đề cập. Sự phân loại của chất cách điện, dẫn điện và bán dẫn sẽ được giải thích một cách đầy đủ, nhiều tính chất đặc biệt như nhiệt dung riêng, điện tử và lỗ trống, bóng bán dẫn, hiệu ứng Hall và siêu dẫn có thể được giải thích.
11. Nuclear Physics: Vật lý hạt nhân bao gồm các chủ đề về đồng vị, các phản ứng hạt nhân, nhiệt hạch, mô hình Droplet hay các số lượng tử, spin đồng vị và lý thuyết Yukawa sẽ đều được giới thiệu.
12. Advanced Mathematics: Toán cao cấp, bao gồm lý thuyết nhóm, lý thuyết biểu diễn, đại số Lie, vector và tensor cùng với hàng lọat kỹ thuật giải phương trình đạo hàm riêng, các phương pháp cựuc trị và xấp xỉ, không gian Hilbert và tích phân hàm sẽ được đề cập đến.
13. Special Relativity: Lý thuyết tương đối hẹp đòi hỏi những hiểu biết về biến đổi Lorentz, co giãn thời gian, phương trình năng lượng, các luật biến đổi trường Maxwell hay hiệu ứng Doppler tương đối tính.
14. Advanced Quantum Mechanics: Cơ học lượng tử nâng cao, bao gồm các chủ đề về không gian Hilbert, diễn giải của CHLT theo nhiều mô hình khác nhau. Ma trận mật độ, bất đẳng thức Bell, phương trình Diract. Lý thuyết BCS của siêu dẫn, hiệu ứng Hall lượng tử, phương pháp xấp xỉ WKB, hệ đông đặc Bose- Einstein hay quá trình siêu lỏng của Helium đều không thể thiếu trong nội dung của phần này.
15. Phenomenology: Vật lý thiên văn, vật lý hạt, hạ nguyên tử, các mô hình vũ trụ và các kỹ thuật kiểm tra phóng xạ màn vũ trụ hay các hằng số vũ trụ, các lý thuyết vũ trụ giãn nở đều rất quan trọng và cần thiết.
16. General Relativity: Lý thuyết tương đối rộng, đòi hỏi những kiến thức về metric tensor, không-thời gian cong, phương trình hấp dẫn của Einstein, hay khái niệm lỗ đen Schwarzschild, Reissner-Nordstr, thấu kính hấp dẫn cũng các mô hình vũ trụ, sóng hấp dẫn.
17. Quantum Field Theory: Lý thuyết trường lượng tử bao gồm Dirac-spinor, các trường vector Yang-Mill, quá trình phá vỡ đối xứng, Goldstone mode hay nguyên lý Higgs. Phản hạt, sơ đồ loop, quá trình chuẩn hóa, lý thuyết lượng tử gauge hay nhiều loại đối xứng đều được đề cập.
18. Superstring Theory: Lý thuyết dây và hàng lọat các lý thuyết đầy tham vọng thâu tóm vụ trụ, kết hợp giữa lượng tử và hấp đẫn trong các mô hình hấp dẫn lượng tử đề giải thích về nguồn gốc của vũ trụ, thời gian và các hằng số tự nhiên. Lý thuyết dây, lý thuyết hấp dẫn lượng tử vòng, lý thuyết dựa trên hình học không giáo hoán, trường bảo giác hay twistors hay vũ trụ song song đều là những ý tưởng vượt sức tưởng tượng bình thường, và được gép vào lĩnh vực siêu-vật lý.
Đó là những kiến thức cần có để có thể trở thành một nhà vật lý lý thuyết, tuy nhiên, còn quy trình học tập thì sao ?
Nhà vật lý Michio Kaku, cùng với
trang web của ông có hướng dẫn cụ thể hơn :
Những bước để trở thành một nhà Vật lý. Với việc nhấn mạn ”
không cần có bộ óc của Einstein mới có thể trở thành một nhà vật lý giỏi “, tuy nhiên điều kiện ” tối thiếu” để trở thành một nhà nghiên cứu vật lý, đó là những kiến thức ở trên cùng với quá trình học cao học và giải quyết những vấn đề nguyên bản – original research.
Gerard ‘t Hooft: cũng giới thiệu nhiều bố sách giáo khoa, tham khảo giúp ích cho việc tìm hiểu sâu hơn những lĩnh vực vật lý được giới thiệu ở trên.
- Classical Mechanics:
- Classical Mechanics – 3rd ed. – Goldstein, Poole & Safko
- Classical dynamics: a contemporary approach – Jorge V. Jos�, Eugene J. Saletan
- Classical Mechanics – Systems of Particles and Hamiltonian Dynamics - W. Greiner
- Mathematical Methods of Classical Mechanics, 2nd ed. – V.I. Arnold
- Mechanics 3rd ed. – L. Landau, E. Lifshitz
- Statistical Mechanics:
- L. E. Reichl: A Modern Course in Statistical Physics, 2nd ed.
- R. K. Pathria: Statistical Mechanics
- M. Plischke & B. Bergesen: Equilibrium Statistical Physics
- L. D. Landau & E. M. Lifshitz: Statistical Physics, Part 1
- S.-K. Ma, Statistical Mechanics, World Scientific
- Quantum Mechanics:
- Quantum Mechanics – an Introduction, 4th ed. – W. Greiner
- R. Shankar, Principles of Quantum Mechanics, Plenum
- Quantum Mechanics – Symmetries 2nd ed. – W. Greiner, B. Muller
- Quantum Mechanics – Vol 1&2 – Cohen-Tannoudji
- J.J. Sakurai, Advanced Quantum Mechanics, Addison-Wesley
- Electrodynamics:
- J.D. Jackson, Classical Electrodynamics, 3rd ed., Wiley & Sons.
- Electromagnetic Fields And Waves – lorrain and corson
- Classical Electrodynamics – W. Greiner
- Introduction to Electrodynamics – D. Griffiths
- Quantum Electrodynamics – 3rd ed., – W. Greiner, J. Reinhardt
- Optics:
- Principles of Optics – M.Born, E. Wolf
- Principles Of Nonlinear Optics – Y. R. Shen
- Thermodynamics:
- Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics 2ed – H. Callen
- Thermodynamics and statistical mechanics – Greiner, Neise, Stoecker
- Solid State Physics:
- Solid State Physics – Ashcroft, Neil W, Mermin, David N
- Introduction to Solid State Physics 7th edition- Kittel, Charles
- Special Relativity:
- Classical Mechanics – Point Particles And Relativity – W. Greiner
- Introduction to the theory of relativity and the principles of modern physics – H. Yilmaz
- General Relativity:
- J.B. Hartle, Gravity, An Introduction to Einstein’s General Relativity, Addison Wesley, 2003.
- T.-P. Cheng, Relativity, Gravitation and Cosmology, A Basic Introduction, Oxford Univ. Press, 2005.
- Particle Physics:
- Introduction to Elementary Particles – D. Griffiths
- Fundamentals in Nuclear Physics – From Nuclear Structure to Cosmology – Basdevant, Rich, Spiro
- Field Theory:
- B. de Wit & J. Smith, Field Theory in Particle Physics, North-Holland
- C. Itzykson & J.-B. Zuber, Quantum Field Theory, McGraw-Hill.
- String Theory:
- Barton Zwiebach, A First Course in String Theory, Cambridge Univ. Press, 2004
- M.B. Green, J.H. Schwarz & E. Witten, Superstring theory, Vols. I & II, Cambridge Univ. Press
- Cosmology:
- An Introduction to cosmology, 3rd Ed – Roos
- Relativity, thermodynamics, and cosmology – Tolman R.C.
- General:
- J.B. Marion & W.F. Hornyak, Principles of Physics, Saunders College Publishing, 1984, ISBN 0-03-049481-8
- H. Margenau and G.M. Murphy, The Mathematics of Physics and Chemistry, D. v.Nostrand Comp.
- R. Baker, Linear Algebra, Rinton Press