Να διδάσκεται η σύγχρονη φυσική; και πως;

«Καλημέρα σας. Σήμερα θα μιλήσουμε για το φως. Παλιότερα πιστεύαμε ότι το φως είναι κύμα. Σήμερα πιστεύουμε ότι έχει και σωματιδιακή και κυματική φύση.
-…δηλαδή Κύριε είναι κάτι σαν τον τριαδικό θεό;»
Όχι μαθητής 17 χρονών αλλά κανένας λογικός άνθρωπος δεν μπορεί να καταλάβει τη φράση που είπε παραπάνω ο διδάσκων (εννοείται πως ούτε κι αυτός ο ίδιος μπορεί να την καταλάβει). Πως λοιπόν πρέπει να διδάξουμε την σύγχρονη φυσική;Πρώτα απ΄ όλα πρέπει να μπουν τα πράγματα σε μια τάξη. Το φως είναι ροή φωτονίων αλλά ακόμα κι ένα μοναδικό φωτόνιο είναι φως. Το φωτόνιο είναι επομένως κύμα. Όμως ένα φωτόνιο όταν πέσει επάνω στη φωτογραφική πλάκα αφήνει στιγμή. Αυτό δείχνει ότι το φωτόνιο είναι σωμάτιο. Δηλαδή το φωτόνιο είναι ταυτόχρονα και σωμάτιο και κύμα;
Το δίλλημα αυτό ταλαιπωρούσε τους επιστήμονες για πολύ καιρό. Ο Bohr, ο Heisemberg και άλλοι επιστήμονες (η σχολή της Κοπενχάγης) έδωσαν την ομώνυμη ερμηνεία: το φωτόνιο και τα άλλα σωματίδια είναι κύματα, αλλά όταν παρατηρούνται (όταν πχ πέφτουν στην φωτογραφική πλάκα) μετατρέπονται σε σωματίδια. Το σημείο στο οποίο το κύμα θα μετατραπεί σε σωματίδιο είναι απροσδιόριστο αλλά σε κάθε μικρή περιοχή του χώρου υπάρχει μια προσδιορίσιμη πιθανότητα το σωματίδιο να εμφανιστεί σε αυτή την περιοχή.
Σε πειραματικούς όρους υπάρχει μια απροσδιοριστία σε κάθε πείραμα που επιχειρεί να εντοπίσει ένα σωματίδιο. Για την ακρίβεια, εκτός από την απροσδιοριστία που είναι έμφυτη σε κάθε πείραμα, στα πειράματα με σωμάτια υπάρχει μια πρόσθετη απροσδιοριστία η οποία είναι ενσωματωμένη σ΄ αυτή καθ΄ αυτή τη φυσική του σωματίου. Όταν το πείραμα επιχειρεί να προσδιορίσει ταυτόχρονα τη θέση του σωματίου σε ένα άξονα και την ορμή του σ΄ αυτόν τον άξονα, το γινόμενο της απροσδιοριστίας της θέσης επί την απροσδιοριστία στην ορμή δεν μπορεί να γίνει μικρότερο του h/ 4π.
Η θέση μου είναι ότι η διδασκαλία της σύγχρονης φυσικής πρέπει να αρχίσει με την περιγραφή των πειραμάτων που έκαναν εκείνη την εποχή οι επιστήμονες πριν καταλήξουν στην ερμηνεία της σχολής της Κοπενχάγης. Στο τέλος να δωθεί η ερμηνεία αυτή, σαν η λύση του μυστηρίου χωρίς όμως να παραλειφθούν οι αντιρρήσεις μεγάλων επιστημόνων, όπως του Einstein ή του Schroedinger, στη επίσημη ερμηνεία.
Τέλος πρέπει να τονιστεί ότι, ακόμα και με τα εξαιρετικά ακριβή πειράματα της εποχής μας, η ερμηνεία αυτή επαληθεύεται με ακρίβεια σε κάθε της λεπτομέρεια.

Loading

Subscribe
Ειδοποίηση για
29 Σχόλια
Inline Feedbacks
Όλα τα σχόλια
Διονύσης Μάργαρης
12/10/2017 6:48 ΜΜ

Γεια σου Νίκο.

Δεν είμαι έτοιμος να πάρω θέση, για το ποιος είναι ο βέλτιστος τρόπος που θα μπορούσε να διδαχτεί η νεώτερη φυσική στο Λύκειο.

Αλλά διαβάζοντας το κείμενό σου, διάβασα:

“Το φως είναι ροή φωτονίων αλλά ακόμα κι ένα μοναδικό φωτόνιο είναι φως. Το φωτόνιο είναι επομένως κύμα”

Θέση που έρχεται σε αντίθεση με την θέση του Θρασύβουλου, στο κείμενο που έβαλε ο Θοδωρής:

Αν διαβάζω σωστά το παραπάνω απόσπασμα, το ένα φωτόνιο, είναι “φωτόνιο” και τίποτα περισσότερο. Τα πολλά φωτόνια “σχηματίζουν” το κύμα, όπως σχηματίζουν οι σαρδέλες το σχήμα του καρχαρία.

Μπορείς να αναιρέσεις την παραπάνω θέση; Πώς ακριβώς στηρίζεις τη θέση ότι και το ένα φωτόνιο, είναι κύμα;

 

Διονύσης Μάργαρης
12/10/2017 9:47 ΜΜ

"Γι αυτό αν θέλετε να κάνετε καλή κβαντομηχανική στα παιδιά, ανοίξτε πρώτα κανένα βιβλίο."

Τώρα αυτό το τελευταίο, τι το ήθελες;

Αν πρόκειται να διδαχθεί κβαντομηχανική, οι συνάδελφοι φαντάζομαι να προετοιμαστούν και να διαβάσουν, ώστε να φρεσκάρουν τις γνώσεις τους ή να καλύψουν κενά που έχουν.

Το ερώτημά μου δεν είχε να κάνει με την ερμηνεία της Κοπεγχάγης, αλλά με νεώτερες αντιλήψεις όπως είναι η QED. 

Απαντά όπως εσύ (με την ερμηνεία της σχολής της Κοπεγχάγης) ή όπως το απόσπασμα του Θρασύβουλου, που έδωσα;

Γιάννης Κυριακόπουλος
Αρχισυντάκτης

Τι εννοείς "άθροισμα πάνω στις ιστορίες" ;

Χαράλαμπος Κασωτάκης

Δυστυχώς το σχολικό βιβλίο, και είναι κάτι που τονίζω στους μαθητές, όταν λέει ότι το φως είναι και σωματίδιο δεν εννοεί ότι είναι και σωματίδιο με την έννοια του σωματιδίου της κλασσικής μηχανικής που είναι εξοικειωμένοι οι μαθητές αλλά σωματίδιο με τη γενίκευση της έννοιας του σωματιδίου με τον τρόπο που το βιβλίο περιγράφει στον ασυνεχή τρόπο αλληλεπίδρασης με την ύλη. Επίσης δεν τονίζεται ότι αδυνατεί η θεωρία που γράφει το βιβλίο ακόμα και η απλή κβαντομηχανική να απαντήσει σε απλά ερωτήματα του τύπου π.χ. γιατί αποδιεγείρονται τα άτομα.

Γιάννης Κυριακόπουλος
Αρχισυντάκτης

Ιστορίες λες επομένως όλες τις δυνατές διαδρομές.

Πάνος Μουρούζης
13/10/2017 8:11 ΠΜ

Το πρόβλημα αυτό βασανίζει τους φυσικούς της χώρας μας εδώ και πολύ καιρό. Με τον αείμνηστο Ανδρέα θυμάμαι ολόκληρες βραδιές αφιερωμένες στο θέμα. Η θέση μου είναι ότι στα αναλυτικά προγράμματα των Φ.Ε θα πρέπει να δίνουμε έμφαση περισσότερο στη μεθοδολογία παρά στο περιεχόμενο το οποίο είναι πλέον τεράστιο. Με άλλα λόγια θα πρέπει τουλάχιστον στο τέλος του Λυκείου, να διδάσκουμε τα τμήματα αυτά της φυσικής τα οποία μπορούμε να τα στηρίξουμε πειραματικά ή λογικά (μέσω της μαθηματικής λογικής). Αν κάποια θέματα όπως πχ ότι το πρωτόνιο αποτελείται από 3 κουάρκς δεν μπορούμε να τα ερμηνεύσουμε μέσα από τις πειραματικές διεργασίες που προηγήθηκαν ή μέσα από κάποιο μαθηματικό φορμαλισμό, καλύτερα να τα αποφεύγουμε. Μπορούμε να διδάξουμε σύγχρονη φυσική μέσα από αυτό το πρίσμα; Η δική μου απάντηση είναι ΝΑΙ. Η σύγχρονη φυσική βασίζεται στην ειδική – γενική θ.σχετικότητας και τη κβαντομηχανική. Την ειδική θεωρια και την κβαντομηχανική μπορούμε με τον κατάλληλο εκπαιδευτικό μετασχηματισμό να τη διδάξουμε. Τα μαθηματικά της ειδικής είναι πολύ απλά. Από την άλλη τη κβαντομηχανική μπορούμε να τη διδάξουμε βασιζόμενοι  στην αρχή της αβεβαιότητας. Είναι εκπαιδευτικό λάθος να αναφερθούμε στην εξίσωση Σνέντιγκερ.Ο δεύτερος τόμος του Χιουιτ νομίζω ότι είναι μία καλή προσέγγιση στο θέμα. Ακόμη και τα κουάρκς  μπορούμε να τα διδάξουμε αρκεί να εκμεταλλευτούμε κατάλληλα την ιστορία των Φ.Ε και να δημιουργήσουμε τους κατάλληλους εκπαιδευτικούς μετασχηματισμούς. 

Χαράλαμπος Κασωτάκης

Αν είναι να διδάσκεται η σύγχρονη φυσική έτσι ώστε να τρίζουν τα κόκκαλα του Αινστάιν καλύτερα να μην διδάσκεται. Αλλά εδώ δεν διδάσκονται σε παγκόσμια αποκλειστικότητα ηλεκτρομαγνητισμό, η διδασκαλία της σύγχρονης φυσικής μας μάρανε; Επίσης αν είναι να διδαχτεί ένα από τα δύο, σχετικότητα ή κβαντική, καλύτερα η κβαντική μια και χρειάζεται σε περισσότερες πανεπιστημιακές σχολές και επηρεάζει πολύ περισσότερα φαινόμενα της καθημερινής μας ζωής. Το ότι το πρωτόνιο αποτελείται από quark έχει αποδειχτεί πειραματικά , το πείραμα περιγράφεται για πρώτη φορά σε ελληνικό βιβλίο στο βιβλίο του Π. Τσιλιμίγκρα "στοιχειώδη σωματίδια"το 1992. Από την άλλη όχι και να διδάσκονται quark στο δημοτικό όπως υπερηφανευόταν πανεπιστημιακός που δίδασκε φυσική σε παιδαγωγικό τμήμα και με "εξέταζε" στη συνέντευξη για την πλήρωση μιας θέσης σε πειραματικό Λύκειο. Πιστεύω ακόμα ότι το κεφάλαιο με τους πυρήνες , σχάση και σύντηξη που κόπηκε από το βιβλίο της Γ Λυκείου γενικής παιδείας και η παράγραφος των quark και της αντιύλης που περιείχε είναι η μεγαλύτερη απώλεια μετά τον ηλεκτρομαγνητισμό του υφίστανται,έστω και ως εγκυκλοπαιδική γνώση, οι σημερινοί μαθητές. Όσες φορές έχω αναλάβει ερευνητική εργασία project σε λύκειο με τέτοια αντικείμενο υπάρχει τεράστιο ενδιαφέον και συμμετοχή.

Δημήτρης Γκενές
Αρχισυντάκτης
13/10/2017 8:43 ΜΜ

Άντε να πω κι εγώ μια γνώμη :

Συμφωνώ με όλα όσα έγραψε νωρίτερα ο Πάνος Μουρούζης .

Να προσθέσω όμως και κάτι :

Μάλλον τζάμπα κουβεντιάζουμε …

Εδώ σχεδιάζεται ή συζητιέται τέλος πάντων διδασκαλία Φυσικών επιστημών από ενιαίο ΠΕ04 …

οπότε αν ισχύει αυτό … φασκελοκουκούλωτα   … .