Изучение курса теоретической физики МФТИ можно представить в виде двух этапов. На первом этапе студенты изучают тот самый минимум, который мы определили выше. Программа этого минимума в основе своей едина для всех студентов и состоит из трех курсов “Теория поля”, “Квантовая механика” и “Статистическая физика”. На втором этапе студенты пятого курса изучают по выбору те разделы теоретической физики, которые не вошли в обозначенный минимум. Благодаря этим двум этапам удается представить в общем практически полный курс теоретической физики, не перегружая студентов.
Исторически сложилось так, что раздел механики преподает студентам второго курса специальная кафедра теоретической механики. В годовом курсе теоретической механики студенты получают представление о принципе наименьшего действия и лагранжевом формализме. Кафедра теоретической физики начинает свой цикл с курса “Теория поля”, который изучается студентами третьего курса в осеннем семестре. Исключение составляют факультеты общей и прикладной физики (ФОПФ) и проблем физики и энергетики (ФПФЭ), студенты которых начинают изучение теоретической физики на семестр раньше, а студенты факультета прикладной математики и экономики (ФПМЭ), а также аэромеханики и летательной техники (ФАЛТ) - на семестр позже. Соответственно, на последних двух факультетах объем курса несколько меньше. Следуете отметить, что курс теоретической физики представлен шестью лекционными потоками, что позволяет при единой общей программе курса учитывать особенности различных факультетов без ущерба для полноты изложения материала.
В курсе “Теория поля” студенты изучают релятивистскую кинематику, методы решения задач с помощью релятивистских инвариантов, лагранжев формализм для описания движения заряженных частиц и электромагнитного поля. Последовательно рассматривается релятивистский характер изучаемых объектов. Подробно изучаются такие вопросы классической электродинамики, как адиабатическое приближение для описания движения заряженных частиц в слабо неоднородных и медленно меняющихся полях, решение уравнений Максвелла в виде запаздывающих потенциалов, излучение и рассеяние электромагнитных волн системами зарядов. Рассматриваются пределы применимости классической электродинамики, формулируются проблемы, которые не могут быть решены в рамках классичекой физики. Вопросы общей теории относительности в рамках данного курса не рассматриваются, поскольку, с одной стороны, они требуют более высокого уровня математической подготовки студентов, которым они на третьем курсе еще не обладают, а с другой стороны, ОТО не представляется необходимой для начала изучения квантовой механики. В этом курсе также не рассматривается последовательно макроскопическая электродинамика, поскольку, строго говоря, для ее последовательного изложения необходимо знание статистической физики. Таким образом элементы макроскопической электродинамики рассматриваются в последующих семестрах. Однако на некоторых лекционных потоках элементы макроскопической электродинамики все-таки изучаются. Речь идет прежде всего об усреднении уравнений Максвелла в различных средах, дисперсионных соотношениях для диэлектрической проницаемости.
Квантовая механика (нерелятивистская теория) изучается в течение двух семестров. В первом семестре излагаются основы квантовой механики как метода описания микроскопических объектов: постулаты квантовой механики, математический аппарат, различные точно решаемые модели (осциллятор, водородоподобный атом), теория представлений, свойства решений уравнения Шредингера, преобразования симметрии и законы сохранения в квантовой механике. Особое внимание уделяется движению в центральном поле, моменту импульса и атому водорода.
Во втором семестре изучаются приближенные методы решения различных задач квантовой механики (теория возмущений, квазиклассическое приближение), изучается теория рассеяния, способы описания многочастичных систем. Изучается описание состояний и спектров сложных атомов, взаимодействие их с электромагнитным полем, расщепление термов во внешних полях. Кроме того рассматривается взаимодействие квантованного электромагнитного поля с атомами (системами зарядов), объясняется время жизни возбужденных состояний. Кроме того на некоторых потоках изучаются элементы релятивистской квантовой механики (уравнение Дирака, получение релятивистских поправок к уравнению Шредингера). Однако последовательное изложение квантовой электродинамики для всех студентов представляется нецелесообразным во-первых, в силу относительной сложности, а во-вторых, в силу того, что она остается невостребованной при изучении свойств макроскопических систем (статистической физики и кинетики). Это вовсе не означает, что такой важный раздел теоретической физики вовсе выпадает из курса теоретической физики: он читается на старших курса и об этом мы скажем ниже.
“Статистическая физика” представлена семестровым курсом для студентов всех факультетов, за исключением ФОПФ и ФПФЭ, для которых читается годовой курс “Статистическая физика и кинетика”. В этом курсе изучается описаниеравновесных статистических систем на основе гипотезы распределения Гиббса. Подробно изучаются свойства идеальных больцмановского, ферми- и бозе-газов, термодинамика идеальной решетки. Изучаются неидеальные классические и квантовые газы, явления сверхтекучести и сверхпроводимости, фазовые переходы I и II рода, теория фазовых переходов Ландау. Видимо выбор материала этого курса может быть подвергнут наибольшей критике, однако есть и вполне веские аргументы. Естественно, статистическая физика, кинетика, гидродинамика и теория упругости все в более или менее равной степени могут претендовать на место в “минимуме”, и, возможно “победила” статистическая физика благодаря научным интересам сотрудников кафедры. Однако будем все-таки объективны и, не умаляя значения других разделов, заметим, что понятия статистической физики ипользуются во всех разделах макроскопической физики и представляются поэтому необходимым элементом для них, но не наоборот.
Студенты пятого курса (за исключением ФПМЭ и ФАЛТ) продолжают изучение теоретической физики в осеннем семестре. В заключительном семестре нет единой, обязательной для всех студентов программы, но предлагается на выбор широкий круг курсов, позволяющий удовлетворить запросы всех студентов с учетом их будущей профессиональной ориентации либо начно-познавательных интересов. Анализ всех курсов займет слишком много времени и будет весьма утомительным, поэтому только перечислим их. Это: “Квантовая электродинамика”, “Введение в общую теорию относительности”, “Теория симметрии и избранные вопросы квантовой механики”, “Элементарные возбуждения и кинетика твердых тел”, “Введение в спектроскопию атомных и молекулярных систем”, “Гидродинамика”, “Диаграммные методы в физике твердого тела”, “Сжатые состояния в квантовой оптике и квантовой механике”, “Матрица плотности и динамика спиновых систем”.
На кафедре нет чисто лекционных курсов: без практических, семинарских занятий нельзя достичь поставленных задач. Поэтому наряду с лекциями в том же объеме по всем разделам ведутся семинарские занятия, на которых студенты учатся решать и решают различные задачи. В каждом семестре (за исключением V курса) студенты должны сдать два задания. Задания состоят из оригинальных задач, составленных преподавателями кафедры. Сдача заданий представляет один из важнейших элементов обучения: студенты допускаются к экзамену по курсу только после обязательной сдачи двух заданий. Благодаря этому удается добиться хороших результатов: студент, сдавший задания на экзаменах неудовлетворительную оценку получает очень редко.
Мы не можем утверждать, что наша система преподавания и структура курса теоретической физики идеальны. Однако она позволяет добиться вполне удовлетворительных результатов. В помощь студентам, изучающим теоретическую физику кафедра регулярно выпускает учебные пособия. Это прежде всего относится к курсам по выбору для старшекурсников.
Естественно, изменяющиеся условия не могут не сказаться на наших программах и подходах к обучению. В частности, бурно развивающаяся компьютеризация должна найти свое отражение в курсе, но не столько в лекционном, сколько в задачах, включенных в задания. Надо четко понимать, что компьютер - это лишь вспомогательный инструмент для проведения численных расчетов и ни в коей мере не может заменить аналитические результаты. Но численные расчеты играют все возрастающую роль в различных областях физики, поэтому тем более важно понимать, что никакие численные расчеты без надлежащей теории нельзя принимать как истину, не подлежащую сомнению. В настоящее время кафедра ведет работу по включению в задания наряду с “традиционными” задачи, требующие применения численных расчетов. Однако такие задачи будуь предложены как альтернативные для желающих и не будут носить обязательного для всех характера, поскольку применение численных методов - это самостоятельный курс, не имеющий, вообще говоря, прямого отношения к теоретической физике.
