Η Φυσική που δε διδάσκεται ....
Τόσο στο Γυμνάσιο, όσο και στο Λύκειο οι μαθητές διδάσκονται Κλασσική μηχανική, τους νόμους της οποίας διατύπωσε ο Νεύτωνας τον 17ο αιώνα, στοιχεία Ηλεκτροστατικής, όπως θεμελιώθηκαν τον 18ο & 19ο αιώνα καθώς και στοιχεία Θερμοδυναμικής της οποίας οι νόμοι γράφτηκαν την ίδια περίπου περίοδο. Με λίγα λόγια τα αναλυτικά προγράμματα σπουδών της χώρας μας περιγράφουν την Φυσική, ως μια επιστήμη η οποία τα τελευταία 100 και... χρόνια δεν έχει κάτι να μας πει, ενώ ταυτόχρονα η Φυσική είναι πρωταγωνιστής στις ζωές μας αφού οι τεχνολογικές εφαρμογές της καθόρισαν σε μεγάλο βαθμό την ανάπτυξη του κόσμου τα τελευταία αυτά χρόνια. Η κοινή γνώμη μιλάει καθημερινά για τα μεγάλα άλματα της επιστήμης και τις σύγχρονες επαναστάσεις που πραγματοποιούνται στα ερευνητικά κέντρα, ενώ το ελληνικό σχολείο παλεύει μόνο με όλα όσα έγιναν πριν από 200 χρόνια.
Η αλήθεια είναι ότι γύρω στο 1900 ο Kelvin είχε πει «Η Φυσική έχει πια λύσει τα θεμελιακά προβλήματα, από τώρα και μπρος δεν θα είναι παρά απλή εφαρμογή γενικών νόμων…» . Ο Michelson επίσης είχε πει την ίδια περίοδο «Όλοι οι νόμοι και τα δεδομένα της φυσικής επιστήμης έχουν ήδη ανακαλυφθεί και είναι τόσο σταθερά εδραιωμένη, ώστε η πιθανότητα να ανατραπούν κάποτε είναι τελείως μακρινή…»
Η αλήθεια είναι ότι γύρω στο 1900 ο Kelvin είχε πει «Η Φυσική έχει πια λύσει τα θεμελιακά προβλήματα, από τώρα και μπρος δεν θα είναι παρά απλή εφαρμογή γενικών νόμων…» . Ο Michelson επίσης είχε πει την ίδια περίοδο «Όλοι οι νόμοι και τα δεδομένα της φυσικής επιστήμης έχουν ήδη ανακαλυφθεί και είναι τόσο σταθερά εδραιωμένη, ώστε η πιθανότητα να ανατραπούν κάποτε είναι τελείως μακρινή…»
Και ποια είναι η Φυσική που δεν διδάσκεται;
Μα είναι η σύγχρονη Φυσική, όλα εκείνα που άρχισαν με το Φωτόνιο του Planck , με την Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν και συνεχίστηκαν με την Κβαντική Μηχανική. Μια μεγάλη επανάσταση στην ιστορία της επιστήμης που έφερε τα πάνω κάτω και δημιούργησε μεγάλες φιλοσοφικές συγκρούσεις στην επιστημονική κοινότητα. Αυτή η επανάσταση συνεχίζεται και στις μέρες μας με το «σωματίδιο του Θεού», τα βαρυτικά κύματα και την προσπάθεια για να φτάσουμε στην χρονική στιγμή που όλα ξεκίνησαν. Βέβαια είναι προφανές ότι δεν μπορούν όλα αυτά να αποτελέσουν το αναλυτικό πρόγραμμα σπουδών στο Γυμνάσιο και Λύκειο.
Ας μιλήσουμε λίγο αναλυτικά για την Φυσική που δεν διδάσκεται, ξεκινώντας από το τέλος του 1800 με την προσπάθεια κατανόησης της δομής της ύλης. Άλλωστε η δομή της ύλης απασχολούσε την ανθρωπότητα από την εποχή του Δημόκριτου εξ ου και το «άτομο» από το άτμητο. Με την ανακάλυψη του ηλεκτρονίου από το Thomson έχουμε και το άτομο – σταφιδόψωμο που το πείραμα βέβαια του Rutherford γρήγορα το καταρρίπτει, εισάγοντας το πλανητικό μοντέλο του ατόμου που διδάσκουμε στα παιδιά μας στο Γυμνάσιο. Ένα άτομο που έχει στο κέντρο του τον θετικά φορτισμένο μικρό και ¨βαρύ¨ πυρήνα και τα ελαφρότερα ηλεκτρόνια να κινούνται σε κυκλικές τροχιές γύρω από αυτόν. Βέβαια το πρότυπο αυτό δεν μπορεί να εξηγήσει την σταθερότητα του ατόμου που είναι γεγονός αναμφίβολο, όπως και το γραμμικό φάσμα των αερίων. Εκεί ξεκινά και ο προβληματισμός για την κοινότητα.
Έρχεται λοιπόν το ατομικό πρότυπο του Bohr ο οποίος «διορθώνει» το πλανητικό μοντέλο του ατόμου εισάγοντας τις καθορισμένες τροχιές κίνησης για το ηλεκτρόνιο καθώς και τις καθορισμένες τιμές της ενέργειας τους. Αν και το πρότυπο έχει κάποια μειονεκτήματα ερμήνευσε σε μεγάλο βαθμό τα πειραματικά δεδομένα για το άτομο του υδρογόνου και αποτέλεσε μια καλή προσέγγιση για την δομή του ατόμου. Βέβαια δεν είναι μόνο το άτομο που απασχολεί την κοινότητα εκείνη την περίοδο καθώς οι αντιφάσεις της κλασσικής φυσικής στην ερμηνεία και άλλων φαινομένων είναι έντονες.
Την ίδια περίοδο μπαίνουν οι βάσεις για την κβαντική φυσική, ο Αϊνστάιν ερμηνεύει το «φωτοηλεκτρικό φαινόμενο» βασιζόμενος σε ιδέες του Planck με βασική υπόθεση το «φωτόνιο» , ένα σωματίδιο που περιγράφει την διάδοση ενέργειας σε ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα. Ο Αϊνστάιν ερμηνεύει το φαινόμενο και για αυτό τον λόγο παίρνει και βραβείο Νόμπελ. Και η «επανάσταση» της σύγχρονης Φυσικής δεν σταματά εκεί, παράλληλα με την κβαντική μηχανική ο Αϊνστάιν θεμελιώνει την θεωρία της σχετικότητας, αρκετά αργότερα γίνεται η ανακάλυψη των quarks, δηλαδή των σωματιδίων τα οποία συνθέτουν πρωτόνια, νετρόνια και όχι μόνο. Η εικόνα του ανθρώπου για το σύμπαν, αλλά και για τα έσχατα συστατικά της ύλης αρχίζει να ξεκαθαρίζει σιγά σιγά. Το άτομο του Δημόκριτου δεν είναι καθόλου «άτμητο», αποτελείται από μικρά και αυτά από μικρότερα σωματίδια. Και οι δυνάμεις που τα συγκρατούν όλα ενωμένα δεν είναι πολλές είναι μόλις τέσσερεις, δυνάμεις που συγκρατούν τους πλανήτες στην θέση τους, τα ηλεκτρόνια σε τροχιά γύρω από τον πυρήνα, τα πρωτόνια και τα νετρόνια στον πυρήνα και τα quarks μέσα στο πρωτόνιο. Αυτός ο κόσμος ο μικρός ο μέγας είναι τόσο απλός και η σύγχρονη Φυσική μπορεί να μας δώσει εξηγήσεις για πολλά. Τίποτα όμως από αυτά δεν διδάσκεται στο Ελληνικό Λύκειο, δίνοντας την εικόνα μιας επιστήμης που έχει τελειώσει το 1900, μιας ξεχασμένης ιστορίας δηλαδή.
Σήμερα σε μια εποχή που η τεχνολογία κάνει άλματα, σε μια εποχή που τα ερευνητικά μας εργαστήρια αναζητούν ακόμα περισσότερες απαντήσεις για την δομή και την εξέλιξη του κόσμου μας, είναι η ώρα να προχωρήσουμε σε ένα σχολείο που ακολουθεί τις εξελίξεις. Είναι η ώρα για αναλυτικά προγράμματα σπουδών που δίνουν στον μαθητή τα καλύτερα εφόδια για την ζωή του, που τον κάνουν κριτικά σκεπτόμενο πολίτη. Το μοντέλο εισαγωγής στην τριτοβάθμια εκπαίδευση είναι σίγουρα σημαντικό, αλλά δεν μπορεί να είναι το μοναδικό θέμα συζήτησης.
Η Φυσική που δεν διδάσκεται πρέπει επιτέλους να γεμίσει τις σχολικές αίθουσες και το «αρχέγονο φως» της γνώσης, να γίνει ο οδηγός που θα κάνει τα παιδία μας «επιστήμονες-πολίτες» στην ζωή τους.
Η Φυσική που δεν διδάσκεται πρέπει επιτέλους να γεμίσει τις σχολικές αίθουσες και το «αρχέγονο φως» της γνώσης, να γίνει ο οδηγός που θα κάνει τα παιδία μας «επιστήμονες-πολίτες» στην ζωή τους.
Δρ. Μιχάλης Καραδημητρίου
Αντιπρόεδρος Συλλόγου Φυσικών Κρήτης
Αντιπρόεδρος Συλλόγου Φυσικών Κρήτης
