Za co nienawidzimy lekcji fizyki?

Jeżeli więc chcemy zachęcić młodzież do zainteresowania się fizyką, to pokazujmy w szkole, czym zajmowała się Skłodowska, a nie zmuszajmy do tego, co robił potargany skrzypek, czyli do obliczania równań.

Zostałem kiedyś poproszony o zrobienie kilku eksperymentów, które miały uświetnić jakąś imprezę. Wszyscy doskonale się bawili, widząc, jak jednym palcem podnoszę szafę pancerną, albo dmuchając ustami w rurkę, rozrywam oponę od ciągnika. Kłopot powstał, kiedy w którymś momencie powiedziałem: A teraz kolejny eksperyment i zabawa z fizyką. Teren przede mną opustoszał, jakbym krzyknął: Mam zakaźną chorobę i chcę was pozarażać.

O co chodzi? Czy gdybym powiedział: kolejny eksperyment i zabawa z naukami przyrodniczymi albo dalej bawmy się maszynami prostymi – tłum by jedynie gęstniał? A przecież powiedziałbym to samo.

Z pewną dozą nieśmiałości powiem, że chyba znam odpowiedź na to pytanie. Problem może polegać na potężnym błędzie systemu nauczania. Nauczycielami „fizyki” zostają osoby, które skończyły fizę na uniwerku, na przykład przy Pomorskiej. Jednak absolwenci kierunku Fizyka na polskich uczelniach, podobnie jak Albert Einstein, nie są przyrodnikami, tylko matematykami.

W czym rzecz? Już wyjaśniam. Żeby dokonać przełomu w nauce przyrodniczej nazywanej Fizyką, potrzebne są trzy etapy. Po pierwsze, trzeba odkryć nowe zjawisko. Do tego służą mikroskopy, cyklotrony, teleskopy, statki kosmiczne, Wielki Zderzacz Hadronów w CERN i inne podobne zabawki. Badaniem zjawisk przyrodniczych zawsze zajmowali się praktycy. Na przykład Kopernik, Newton, Maria Curie.

Drugi etap to teoretyczna analiza zjawisk i przeliczanie danych. To robił Einstein i to właśnie robi się na polskich uniwersytetach. Trzeci etap to przedstawienie i zastosowanie wyników, na przykład w elektrowni atomowej lub podczas lotu na Księżyc.

Jeżeli więc chcemy zachęcić młodzież do zainteresowania się fizyką, to pokazujmy w szkole, czym zajmowała się Skłodowska, a nie zmuszajmy do tego, co robił „potargany skrzypek”, czyli do obliczania równań. Niestety, trudno wymagać od nauczycieli, żeby nauczali pięknego i ciekawego pierwszego, przyrodniczego etapu, skoro znają tylko drugi, matematyczny, a więc przeliczanie wzorów, czytaj rozwiązywanie zadań. Śmiem twierdzić, że program nauczania nie tylko został ułożony przez matematyko-fizyków, ale wręcz został stworzony dla nich, czyli pod ich umiejętności. Logiczne byłoby nauczanie fizyki – super ciekawego przedmiotu – przez nauczycieli przyrody, ale system mówi nie.

Dla uczniów, którzy dostają drgawek na samo brzmienie słowa „fizyka” mam podpowiedź, jak uchronić się przed skostniałą metodą nauczania matematyki przyobleczonej w płaszczyk zjawisk naturalnych. Jajogłowi rzadko mówią o tym, że cała przekazywana przez nich wiedza opiera się na założeniach. To niezwykle ważne słowo sprawia, że jeżeli założenia zmienimy, to całkowicie zmieni się wynik badań. Jeżeli więc na lekcji fizyki nauczyciel zapyta o cokolwiek, trzeba poprosić go o wskazanie założeń.

Kilka drobnych przykładów. Grupa niedouków, czy jak kto woli nauczonych inaczej, twierdzi, że Ziemia jest płaska. Niestety, coraz więcej osób, którym tytułowa fizyka wydawała się obrzydliwa, zaczyna w to wierzyć. Koronnym argumentem na potwierdzenie tych głupot ma być żyroskop. Urządzenie to przed startem samolotu rozkręca się do kilkudziesięciu tysięcy obrotów na minutę, dzięki czemu stale utrzymuje tę samą pozycję. Jak samolot opuści lewe skrzydło, żyroskop pozostanie w poprzedniej pozycji, czyli pilot zobaczy sztuczny horyzont wychylający się w prawo. To samo dotyczy pochylenia nosa samolotu. Teoretyk płaskiej ziemi zada teraz pytanie: Jeżeli wystartuję z Lublinka, ustawię żyroskop na zero i polecę do Sydney albo Nowego Yorku, to dlaczego żyroskop nie pozostanie w pozycji poziomej w stosunku do ulicy Prądzyńskiego, która jest przedłużeniem pasa startowego w naszym mieście? Mało który nauczyciel fizyki wie, że będziemy lecieli na drugą stronę naszej planety po linii prostej… w zakrzywionej przez grawitację przestrzeni.

Założeniem niedouczonych był układ inercyjny przyklejony do powierzchni ziemi, a nie do przestrzeni właśnie.

Drugi przykład, praktycznie nierozwiązywalny dla fizyków, dotyczy herbaty. Jeżeli nalejemy do szklanki wodę, to ona wyprze lżejsze powietrze i osiądzie na dnie. Na razie wszystko jasne, prawda? Kiedy zakręcimy wodę łyżeczką, to patrząc z boku zobaczymy, że w centrum powierzchnia wody jest niżej, a przy ściankach podnosi się do góry. Dalej wszystko kumamy, czyż nie? A teraz wrzucamy herbatę, która po zaparzeniu jest jeszcze cięższa niż woda, no bo osiada na dnie. Mieszamy… I co? W środku szklanki tworzy się stożek. A dlaczego cięższe od wody fusy herbaciane nie naśladują cięższej od powietrza wody? Tu nawet nie wspomnę o założeniach, bo to niezwykle skomplikowana sprawa, na której fizyk raczej polegnie.

Następny przykład zapewne rzuci belfrów na kolana. W Planetarium EC-1 jest dwóch bardzo mądrych młodych naukowców. Obaj mają na imię Tomek. Precyzyjniej, to doktor Tomasz Banyś i kierownik Planetarium Tomasz Kisiel. U nich można znaleźć najświeższe doniesienia z poletka, które właśnie uprawiamy. Na przykład takie.

Od ponad miesiąca wiemy, że naukowcy badający prapoczątki Kosmosu dostali szokujące informacje. Otóż spojrzeli teleskopami w najdalsze zakamarki naszego Wszechświata. Te maszyny działają jak wehikuł czasu, bo im dalej patrzymy, tym wcześniejsze obrazy oglądamy. Tu nie ma tajemnicy. Zwyczajnie, światło z badanych obszarów leci do nas od 12 i pół miliarda lat, a wiek Wszechświata obliczyliśmy na 13 miliardów 780 milionów lat. No i kiedy już spojrzeliśmy w tak pradawną otchłań, to po pierwsze okazało się, że są tam tak duże galaktyki i czarne dziury, że nijak nie zdążyłyby powstać w czasie pierwszego miliarda lat, a po drugie, wszystko świeci nieodpowiednim kolorem. Niby nic, bo co to znaczy, że jest trochę więcej barwy zielonej, niż powinno być. Ano, to ważne, niesamowicie ważne dla naukowców. Oznacza, że istniejące wtedy gwiazdy podlegały innym prawom fizyki niż w tej chwili. Każda gwiazda sama siebie ściska grawitacją i sama wyrównuje tę siłę prężnością pochodzącą z reakcji termojądrowych w jej wnętrzu. Nasze Słońce jest najlepszym przykładem w miarę ustabilizowanej równowagi. W kosmosie, jeżeli grawitacja wygrywa, gwiazda zapada się (na przykład w czarną dziurę lub białego karła), jeżeli przegrywa – gwiazda wybucha jako supernowa. Na początku dziejów, czyli 12,5 miliarda lat temu, grawitacja musiała działać o wiele silniej niż dziś, bo znacznie gorętsze gwiazdy nie wybuchały, a jedynie świeciły bardziej na zielono. A zatem nauczyciele nie za bardzo mogą żądać jakichkolwiek konkretnych odpowiedzi z przedmiotu „fizyka”. Na pytanie, co to jest kilogram, możemy odpowiedzieć pytaniem: ale kiedy. Jeżeli założymy, że 13 miliardów lat temu, to każda odpowiedź może być dobra, bo nie do sprawdzenia.

Metr jest odległością pomiędzy punktami w przestrzeni, a od roku wiemy, że przestrzeń marszczy się pod działaniem fal grawitacyjnych, jakby była zrobiona z gąbki lub miękkiej gumy. Trudno to dostrzec, bo jeżeli do jakiegoś przedmiotu przyłożymy metrową linijkę, to ona podobnie jak ten przedmiot będzie się kurczyła i rozszerzała. Mało tego, także osoba mierząca ściskana jest i rozciągana we wszystkie strony. Bez ściemy, Ty, Czytelniku, też teraz jesteś tarmoszony we wszystkich kierunkach razem z łóżkiem czy fotelem, na którym właśnie siedzisz. Dzieje się trochę tak, jakbyśmy narysowali kogoś z linijką na powierzchni balonu, potem byśmy pompowali balon albo wypuszczali z niego powietrze. Miarka i przedmiot na powierzchni zawsze będą równo do siebie pasowały, ale od dziś możemy mówić o metrze gumowym, a nie bezwzględnym.

Wniosek: jeżeli tak podstawowe siły i wartości się zmieniły, to tak naprawdę nic w fizyce nie jest pewne. Pewne może być tylko to, że brak pewności w fizyce, brak pełnej wiedzy i możliwość jej zdobywania są piękne!

Nie pozwólcie zabić w sobie ciekawości Świata. Nawet jeżeli zostaniecie skazani na torturę rozwiązywania zadań Zillingera, nie obrażajcie się na fizykę.

Jeżeli doczytaliście do tego momentu, to niechcący przerobiliście potężną lekcję fizyki przyrodniczej. Zupełnie bez wzorów, równań i rozwiązywania zadań.

A teraz moje założenie: nauczyciele fizyki też sięgają po gazetę Miasto Ł.

****

Radosław Wilczek – zajmuje się motoryzacją, techniką i nauką. W Radiu Łódź prowadzi magazyny naukowe i techniczne: „Szkiełko i Oko” oraz „Historię Wynalazku”.