Wszystko zależy od tego, jak rozumiemy słowo “zrozumieć”.Rozumienie czegokolwiek jest zjawiskiem indywidualnym. To znaczy ,że to samo, przez dwie różne osoby, może być rozumiane różnie, nie tak samo.Już w tym momencie stajemy w kłopotliwej sytuacji, gdy chcemy ,by różne osoby słuchające nas, gdy opowiadamy np. o zjawisku prądy elektrycznego, pokazujemy jego przebieg, określamy jego wielkości, zrozumiały treść przekazu jednakowo. punktu widzenia psychologii – jest to niemożliwe.Poza tym, rozumienie jest procesem, a nie stanem. Czyli jeśli coś w danej chwili rozumiemy, to po pewnym czasie nasze rozumienie ulega zmianie. Albo zostaje zastąpione lepszym rozumieniem albo gorszym.Właśnie to zostaje wykorzystane w kształceniu. W miarę wzrostu wiedzy ,rozumienie danego tematu przez ucznia zmienia się (miejmy nadzieję ,że pogłębia się i staje się lepsze).Z drugiej jednak strony nauczanie fizyki natrafia na ogromne trudności właśnie w zakresie uczenia się ze zrozumieniem. Praktyka szkolna w tej dziedzinie jest bardzo zła. Większość uczniów szkół średnich na początku, ma ogromne zainteresowanie ta nauką a później porzuca ją mówiąc ,że za trudna, że nic nie rozumieją na lekcjach fizyki.W istocie, pytanie w tytule dotyczy wiedzy, dosyć osobliwej. Na początek ,ustalmy że rozumienie fizyki (lub brak rozumienia) może dotyczyćzjawisk ,praw, i teoriioraz zastosowań praktycznych zrozumiałej wiedzy.Mogę rozumieć zjawisko przepływu prądu w instalacji domowej, gdy mam w umyśle “obraz” tego, co dzieje się w drucie, gdy mówię: “płynie prąd przemienny”.“Obraz” przepływu prądu elektrycznego w instalacji domowej, mogę komuś drugiemu przedstawić słownie i następnie uzupełnić to rysunkiem .Najczęściej mówimy ,że rozumiem jakieś zjawisko fizyczne, gdy potrafię przedstawić je w formie poglądowego, wizualnego modelu słownego lub graficznego.Rozumienie zjawiska jest więc uwarunkowane możliwością wytworzenia obrazu lub modelu tego zjawiska.Zawsze jest to obraz (model) przestrzenny ,istnieje on w zmysłowo dostępnej przestrzeni trójwymiarowej, dwuwymiarowej lub jednowymiarowej.Ruch Ziemi wokół Słońca pokazujemy na modelach przestrzennych, trójwymiarowych, gdzie widać nie tylko zmienną odległość między Ziemią i Słońcem ale także położenie płaszczyzny ekliptyki w przestrzeni.Ruch kulki po gładkiej powierzchni stołu jest ruchem dwuwymiarowym, a ruch koralika nanizanego na cienki pręt, jest ruchem jednowymiarowym.Lord Kelvin podsumował klarownie problem rozumienia w fizyce:“ dopóty jestem niezadowolony, dopóki nie potrafi zbudować mechanicznego, poglądowego modelu badanego zjawiska. Jeśli mi się to uda ,zjawisko rozumiem-jeśli zaś nie – zjawisko pozostaje niezrozumiałym”. Czy wszystkie zjawiska fizycznego możemy przedstawić w postaci poglądowych modeli przestrzennych lub mechanicznych? Czy każde zjawisko ma swój model zmysłowo dostępny i poglądowy, to znaczy łatwy do wyobrażenia sobie?Większość zjawisk fizycznych tak.Jednak są zjawiska fizyczne, których przedstawienie obrazowo-poglądowe jest wewnętrznie sprzeczne i dlatego niemożliwe do reprezentacji w postaci modeli zmysłowych, przestrzennych.Do nich należą zjawiska i procesy kwantowe, dziejące się w mikroświecie i dotyczące mikrocząstek zwanych cząstkami elementarnymi materii.Świat zjawisk w przestrzeni o wymiarach rzędu 10 do minus 10 metra i mniejszych, nie jest poglądowy, nie może być wiernie przedstawiony za pomocą modeli mechanicznych ,zmysłowo dostępnych. To znaczy ,każda próba takiego przedstawienia nie prowadzi do prawdziwej wiedzy o tych zjawiskach, a tym samym do poprawnego rozumienia tych zjawisk.Na przykład, model elektronu( czy innej cząstki elementarnej) jako sztywnej kulki o określonych rozmiarach jest bez sensu.Również kwestia położenia elektronu we wnętrzu atomu jest problematyczna w ramach przestrzennego modelu.Odległość elektronu od jądra w dowolnym atomie, nie może być dowolna. Istnieją położenia elektronu względem jądra atomu dopuszczalne i zakazane. Zbiór wartości współrzędnych położeń elektronu nie jest zbiorem ciągłym.A to oznacza ,że przestrzeń w atomie posiada własności niezgodne z naszym zmysłowym doświadczeniem, np. elektron może przejść z jednej orbity na drugą, ale to przejście wyklucza jego położenie “pomiędzy” tymi orbitami.To tak, jakby twierdzić, że jest możliwość przejścia z Warszawy do Krakowa z wykluczeniem bycia naszego ciała w miejscach pośrednich pomiędzy tymi miastami.Tak twierdzić ,to z punktu widzenia mechaniki klasycznej pleść bzdury.Zresztą obraz ostro zarysowanej orbity elektronu w atomie(linia krzywa jednowymiarowa, bez grubości) jest też fałszywym obrazem czyli atom nie może być miniaturowym modelem Układu Słonecznego. Orbity elektronowe są rozmytymi obszarami, podobnymi do obwarzanka i nie ma ściśle określonego położenia elektronu we wnętrzu tego obszaru, a jedynie prawdopodobieństwo znalezienia go w tym wnętrzu.Podobne trudności wystąpią z modelem poglądowym pędu elektronu, jego energii czy własności magnetycznych. Także wyobrażenie ,że spin elektronu jest to wielkość związana z obrotem elektronu wokół wewnętrznej jego osi jest nonsensem, albowiem nic rzeczywistego nie odpowiada takiemu wyobrażeniu.Rozumienie zjawisk i procesów kwantowych wymaga na ogół innych schematów obrazowania , nie poglądowych lecz matematycznych czyli abstrakcyjnych.Dlatego ubolewam nad tym ,że młodzież licealna w naszych szkołach wynosi fałszywe rozumienie elementów fizyki kwantowej na skutek tego ,że podręczniki i nauczyciele przenoszą pojęcia z fizyki klasycznej (np. z mechaniki klasycznej) do działów gdzie mówi się o obiektach kwantowych.Zamiast rozumienia nowej rzeczywistości ,nauczyciele w najlepszym razie uciekają w formalizm równań, pozostawiając nie tknięte stare obrazy ciągłych wielkości fizycznych czy przestrzenne charakterystyki ciał sztywnych.Tymczasem modelowanie matematyczne nie zawsze może być poglądowe, łatwe dla wyobraźni uformowanej w przestrzeni trójwymiarowej. I tym samym uczniowie stają przed trudnościami w fizyce z powodu – matematyki!Jeżeli stosujemy geometrię Euklidesa, to modelowanie jest poglądowe dla poznającego umysłu i łatwe jest rozumienie tego, co dzieje się w przyrodzie.Każdy “widzi” przy zamkniętych powiekach czyli wyobraża sobie trójkąt, prostokąt ,kulę, walec ale nie wiem czy można “widzieć” dwudziestokąt lub dwudziestościan.Każdy “widzi” w wyobraźni zakrzywienie powierzchni ciała w formie kuli. Powierzchnia kulistego ciała nie jest płaska, jest zakrzywiona w .. przestrzeni trójwymiarowej.I dlatego rozumienie relacji geometrycznych na takiej zakrzywionej powierzchni opiera się na wyobrażonym modelu obiektu poglądowego, zmysłowo dostępnego.Ogólna teoria względności odkryła ,że przestrzeń trójwymiarowa jest zakrzywiona ! Czy można wyobrazić sobie poglądowo to zakrzywienie przestrzeni? Odruchowo skłonni jesteśmy do przyjęcia takiego oto poglądowego modelu tej sytuacji: jeśli jest zakrzywiona przestrzeń, to w większej przestrzeni, o większej liczbie wymiarów. Oczywisty błąd!Krzywizna przestrzeni, jest wewnętrzną własnością danej przestrzeni, nie uwarunkowaną tym, czy ta przestrzeń jest zanurzona w innej ,o większej liczbie wymiarów.Każda próba klasycznego modelowania tej własności, prowadzi na manowce.Czy stąd wynika, że nie możemy zrozumieć zjawisk przewidzianych przez ogólną teorię względności? Oczywiście, nie.Paul Dirac napisał[1]:“gdy znam równanie, potrafię go rozwiązać, to rozumiem przyrodę”Wtóruje mu R.Feynnman [2]:“język symboli matematycznych najlepiej opisuje przyrodę i odkrywa przed nami jej strukturę”A inny wybitny fizyk F.J.Dyson napisze [3]:“ W.Heisenberg, E.Schroedinger rozumieli głębiej przyrodę od swoich poprzedników ,gdyż posiadali bardziej abstrakcyjną wyobraźnię i intuicję matematyczną”. Jest to inny rodzaj rozumienia fizyki, opierający się na innym rodzaju wyobraźni. Nie “widzimy” obiektu, nie ma wewnętrznego oglądu tego obiektu a następuje racjonalna analiza jego cech i właściwości. Mówimy o wyższym poziomie abstrakcji, która jak wiadomo polega na kolejnych fazach przechodzenia z jednej kategorii syntaktycznej do innej.Przy pierwszym rodzaju rozumienia- prezentacja zjawiska za pomocą modelu poglądowego, przestrzennego, zmysłowo dostępnego- operujemy nazwami cech i właściwości danego konkretnego zjawiska, a przy drugim rodzaju rozumienia, następuje analiza logiczna cech i własności całej klasy zjawisk.Z tym ,że ta analiza jest sformalizowana, to znaczy odbywa się za pomocą funkcji wielu zmiennych nierzeczywistych(zespolonych),a wprowadzone symbole mogą oznaczać klasy klas zjawisk i procesów.Przy tych procedurach abstrahowania i formalizacji, zastosowanie modeli zmysłowych, mechanicznych, poglądowych staje się problematyczne lub w ogóle niemożliwe, gdyż prowadzi do wewnętrznych sprzeczności logicznych.Na przykład, wszystkie kategorie i obiekty symboliczne teorii wielowymiarowej globalnej geometrii różniczkowej mają związek z realnością fizyczną, czyli są niesłychanie ważne dla fizyki współczesnej, ale nie istnieją poglądowe modele przestrzenne podstawowych wielkości i operacji tej teorii. Herman Weyl miał powiedzieć :”nie wystarczy szeroko otwierać oczu”.Co wcale nie znaczy ,że wśród fizyków umarła całkowicie tęsknota za tradycyjnym, klasycznym pojęciem rozumienia.Nie byle kto ,bo Ludwik de Brogliea do końca życia był przekonany ,że “rozumieć ,to znaczy przedstawić poglądowo”.Dla niego model dowolnego zjawiska powinien być “konkretnym i poglądowym obrazem w fizycznej przestrzeni, a nie być skrytym za abstrakcyjnymi równaniami”[4].Podobnie Wolfgang Pauli: “Rozumieć przyrodę oznacza przecież chyba rzeczywiście wejrzeć w jej powiązania, wiedzieć z pewnością ,że poznało się jej wewnętrzny mechanizm....mieć przedstawienia i pojęcia...Umiejętność obliczenia często jest konsekwencją rozumienia, posiadania właściwych pojęć, ale nie jest po prostu tym samym, co rozumienie”[5]Tęsknota za zrozumiałą fizyką, jest stanem duszy, wobec którego, jej władze rozumowe muszą ustąpić. Literatura. [1] P.A.M.Dirac ,The Priciples of Quantum Mechanics,ed.4,Oxford,1982.[2] R.Feynnman, Charakter praw fizycznych,Warszawa,2000.[3]Matematyka współczesna, praca zb.pod red.L.A.Steena,Warszawa,1983.[4] L.Brogliea,Continuite et discontinuite en Physique Contemporaine,Paris,3 ed.,1981.[5] W. Heisenberg , Część i całość,Warszawa,1987,s.52-53.
No modern scientist comes close to Einstein's moral as well as scientific stature (John Horgan)
Nowości od blogera
Inne tematy w dziale Kultura
