Κβαντική Φυσική στο Λύκειο; Όχι ευχαριστώ

Παρακολουθώ τη συζήτηση για την εισαγωγή ή όχι της Κβαντικής Φυσικής στο Λύκειο, και άρα στις όποιες Πανελλαδικές εξετάσεις. Η απάντηση είναι η εξής: εξαρτάται από το επίπεδο των μαθηματικών που διδάσκονται στο σχολείο (το οποίο δεν γνωρίζω ακριβώς αλλά εικάζω) και από το τι μπορεί να αφομοιωθεί δημιουργικά από τα παιδιά. Πάντως η Κβαντική Φυσική απαιτεί, εκτός από τον διαφορικό λογισμό, που χρησιμοποίησε ακόμη και ο Νεύτωνας, τη γνώση διανυσματικών χώρων (δύο, τριών ή και απείρων διαστάσεων), τανυστικού λογισμού, θεωρίας πιθανοτήτων, θεωρίας πινάκων, μιγαδικών συναρτήσεων (η κυματοσυνάρτηση π.χ. είναι από τη φύση της μιγαδική συνάρτηση) κ.α. Στην πραγματικότητα, η Φυσική είναι τα ίδια τα Μαθηματικά, τα οποία, αντιθέτως με ότι γενικά πιστεύεται, δεν είναι αφηρημένα, αλλά απολύτως προσανατολισμένα στην κατασκευή υποδειγμάτων (μοντέλων) με τα οποία γίνεται προσομοίωση της πραγματικότητας ή/και αναδεικνύεται μια κρυμμένη πραγματικότητα που δεν θα ήταν δυνατόν να προκύψει χωρίς τα μαθηματικά. Με άλλα λόγια, τα μαθηματικά όχι μόνο ερμηνεύουν τα φυσικά φαινόμενα και δίνουν λύσεις σε φυσικά παράδοξα, αλλά και δημιουργούν νέες καταστάσεις της φύσης τις οποίες δεν θα γνωρίζαμε ποτέ με τα (πειραματικά) εργαλεία της φυσικής και μόνο. Έχουν το ρόλο του «ποιητή» δηλαδή του Θεού.

Μια άλλη πλευρά αυτής της προηγούμενης διαπίστωσης είναι ότι υπάρχουν φορές όπου η μαθηματική επιστήμη προηγείται της Φυσικής. Για παράδειγμα, οι χώροι του Ρίμαν περίμεναν πενήντα πέντε ή εξήντα πέντε χρόνια, μέχρι να τους χρησιμοποιήσει η Φυσική. Αυτό έγινε μόλις το 1916, με τη διατύπωση της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας από τον Αϊνστάιν. Μέχρι τότε η πλειονότητα των φυσικών αγνοούσε τη γεωμετρία του Ρίμαν, αφού δεν χρειάστηκε στην έρευνα, εν αντιθέσει με τη χρησιμότητα που είχαν γι’ αυτήν τα «εργαλεία» τα οποία προσέφερε η κλασική Ανάλυση.

Σε γενικές όμως γραμμές, θεωρούμε ότι σ’ αυτήν τη σύνθεση, άλλοτε συμμετέχουν περισσότερο τα Μαθηματικά και άλλοτε η Φυσική σε διαφορετικές κάθε φορά αναλογίες. Σε ότι αφορά τη μεθοδολογία: στο πρώτο στάδιο γίνεται η περιγραφή ενός φυσικού προβλήματος ή ενός φαινομένου, περιγραφή η οποία προκύπτει από την εμπειρία, την παρατήρηση ή κάποιο τυχαίο συμβάν. Στη συνέχεια κατασκευάζεται ένα μαθηματικό μοντέλο που αποτελείται κυρίως από μια σειρά εξισώσεων και στο οποίο μπορούμε μεταβάλλοντας ορισμένες παραμέτρους, να παίρνουμε διαφορετικές απαντήσεις (λύσεις των εξισώσεων). Κλασσικό παράδειγμα είναι η πρόβλεψη του καιρού. Στο τρίτο στάδιο απαιτείται έλεγχος του μαθηματικού μοντέλου, με ενδεχόμενες διορθώσεις που προκύπτουν από την εφαρμογή. Σε αντίθεση με τις έως τώρα κλασσικές εκδοχές των Μαθηματικών και της Φυσικής, τα εφαρμοσμένα μαθηματικά, συμμετέχουν και στα τρία στάδια που αναφέραμε και όχι μόνο στην επίλυση των εξισώσεων κατά το δεύτερο στάδιο. Η κατανόηση του φυσικού, εμπειρικού προβλήματος, ώστε να διατυπωθεί το μαθηματικό μοντέλο είναι μέρος μιας διαρκούς αλληλεπίδρασης όπου ο ειδικός επιστήμονας, ο φυσικός ή ο μαθηματικός, θα πρέπει να κατανοεί καλά και τα τρία στάδια.

Αυτά τα λέω όχι για να τρομάξω κανέναν, π.χ τους γονείς, αλλά για να τονίσω την δυσκολία του πράγματος (δηλ. των συγκεκριμένων επιστημών) και για να προκαλέσω αν είναι δυνατόν μια δημόσια συζήτηση γύρω από το ζήτημα της διδασκαλίας τους. Από τα ανωτέρω, ελπίζω επίσης να συνάγεται ότι η κύρια δυσκολία είναι τα Μαθηματικά, τα οποία, αντίθετα με τη Φυσική, δεν είναι μια περιγραφική επιστήμη – δεν βλέπει κανείς γύρω του ή στον δρόμο, κανένα x ²     -  γιατί οι μαθηματικές έννοιες και οι συνδυασμοί τους συνιστούν μια συμβολική και όχι μια πραγματική γλώσσα (η οποία προκύπτει π.χ από τους φωνισμούς). Επομένως τα Μαθηματικά είναι γλώσσα, απαραίτητη για όποιον θέλει να ασχοληθεί και να κατανοήσει τη Φυσική. Και ως γλώσσα είναι πολύ δύσκολη, όσο και οι γλώσσες οι σχετιζόμενες με την ομιλία ή τη μουσική. Προσοχή όμως: αν μάθει κανείς Κινέζικα, δεν σημαίνει ότι μπορεί να γράψει αύριο και μυθιστορήματα στα Κινεζικά. Απαιτείται γι’ αυτό μια γνώση πιο σύνθετη και ενδεχομένως μια εκπαίδευση πολύ πιο ειδική. Το ίδιο συμβαίνει και με τα Μαθηματικά. Ένα πρώτο επίπεδο μάθησης, σαν κι αυτό που συναντάμε στη βασική εκπαίδευση, δεν είναι αρκετό. Δεν είναι αρκετό ούτε για τη Φυσική.

Την Κβαντική θεωρία την εισήγαγε πρώτος ο Μαξ Πλανκ το 1900. Έκτοτε κύλισε πολύ νερό στο αυλάκι, και, ως ευρύτερος κλάδος, περιλαμβάνει πλέον εκτός από τη μελέτη του ατομικού και υποατομικού κόσμου, τη Στερεά Κατάσταση της Ύλης, την Πυρηνική Ενέργεια, τις Επιστήμες των Υλικών κ.α, ενώ σε ένα πιο εφαρμοσμένο επίπεδο περιλαμβάνει τα λέϊζερ, τα τρανζίστορ, τους ημιαγωγούς, την υπεραγωγιμότητα, την υπερρευστότητα, τους υπολογιστές, τη Γενετική Μηχανική... Ως υπερεπιστήμη λοιπόν, φυσικά και δεν θα έπρεπε να λείπει από το σώμα της σύγχρονης εκπαίδευσης, το ερώτημα είναι σε ποιο σχολείο και σε ποια ηλικία των μαθητών. Στο δεύτερο απαντάω αμέσως: κατά τη διάρκεια της θητείας τους στο Πανεπιστήμιο και μόνο. Θεωρώ δηλαδή ότι η ικανότητα για την κατανόηση της Φυσικής όπως την περιέγραψα παραπάνω, με τις βαριές απαιτήσεις σε μαθηματικά, δεν μπορεί να αποκτηθεί με το αντιληπτικό σύστημα το οποίο διαθέτουν οι έφηβοι, πολύ δε περισσότερο οι μαθητές του Γυμνασίου. Οι όποιες απόπειρες «εκσυγχρονισμού» του προγράμματος με την εισαγωγή τέτοιων νεωτερισμών, όπως η Κβαντική Φυσική, αλλά και τα Ανώτερα Μαθηματικά, είναι καταδικασμένες σε αποτυχία. Θα μπορούσα μάλιστα να επεκτείνω αυτόν τον ισχυρισμό και σε άλλα μαθήματα όπως η Ιστορία, η Κοινωνιολογία, το Περιβάλλον κτλ.

Και τι θα βάλουμε στη θέση τους; Μα φυσικά πρώτη και καλύτερη τη Γλώσσα (ή τις γλώσσες), τη μουσική, τις τέχνες, το δημιουργικό παιχνίδι, τους υπολογιστές (όχι ως επιστήμη αλλά ως πολυεργαλείο όπως ο Ελβετικός σουγιάς) και τον αθλητισμό. Όλα τα υπόλοιπα, μπορούν να διδάσκονται ως μέρος της Ιστορίας του Πολιτισμού. Ο Νεύτωνας ήδη ανήκει στην προϊστορία. Δεν μπορούμε ξαφνικά, πηδώντας μια διαδρομή τεσσάρων περίπου αιώνων, να υποχρεώσουμε τα παιδιά να φτάσουν στο διάστημα. Ούτε καν στην εξίσωση του Σρέντιγκερ.

Υ.Γ. Αυτά που ανέπτυξα είναι γενικές θέσεις και δεν προκύπτουν από μια ειδική γνώση του εκάστοτε Αναλυτικού Προγράμματος, την οποία δεν διαθέτω.