Физические парадоксы
Мне хотелось бы обратить ваше внимание на важность такой штуки в физике, как парадоксы. И важность знакомства даже маленьких детишек с некоторыми такими “логическими неожиданностями” и “логическими непонятностями”. И это не мелочь!
Мы все знаем, что физика – это большая, сложная и очень логичная, очень точная наука. Сие прекрасно! Однако без парадоксов она была бы слишком скучна и слишком предсказуема, слишком упорядочена…
Парадокс – это то, что ломает логику. Наш ум протестует, буксует и удивляется. А удивление, как известно, является очень полезным при изучении природы. Удивляющийся ум делается живее и острее.
Очевидно поэтому, что в педагогике физические парадоксы – это большая ценность.
Даже если они не слишком понятны нашим маленьким ученикам. Даже если мы сами не очень хорошо понимаем тот или иной физический парадокс. Даже если крутые и очень умные ученые-физики тоже многое про эти парадоксы не понимают…
Я использую здесь слово “парадокс”, может быть, несколько более широко, чем используют его непосредственно в профессиональной физике. Все, перед чем пасует наша привычная надежная логика, по сути, является парадоксом. И для детей важно понять, что не все так просто и гладко в науке, что иногда логика перестает быть однозначно надежной опорой для понимания природы…
Что такое “искривление пространства”? Как мы можем себе это представить? В научной фантастике жонглируют такими понятиями – будто бы хорошо понимают и хорошо представляют себе реально кривое пространство… Но лично я что-то сомневаюсь, что кто-то такое вообще может понять полностью…
А знаменитый кот Шредингера! Если вам интересно – почитайте в популярном изложении про данный знаменитый физический парадокс. Пожалуй, он самый знаменитый из всех.
Да и радиоактивный распад ядер атомов в природе – явление весьма парадоксальное, если задуматься. Никто не знает заранее, сколько времени проживет каждый конкретный атом. Никто не может предсказать, когда именно он распадется. Но мы точно знаем, что через время, равное периоду полураспада данного типа атомов, их останется ровно половина от первоначального количества. Ну как же так?!
А почему вокруг нас во Вселенной нет антиматерии? Тоже парадокс.
По всем законам физики, атом с антипротонами в ядре (то есть со знаком “минус”) и летающими вокруг позитронами (то есть типа электронами, но со знаком “плюс”) вполне возможен. Но почему везде одна лишь обычная материя, а антиматерии нет?
Кто-то скажет, что и наплевать нам… Нет антиматерии вокруг – и хорошо.
А кто-то захочет поразмышлять на данную тему…
Смысл физических парадоксов в том, что они дают мощный толчок для активного размышления, для более сильного вникания в тему.
И в занятиях с маленькими детишками парадоксы удобны. Они представляют собой компактный и потрясающе мощный источник учебных эмоций. А значит – и включения интереса ребенка, и лучшего запоминания, и большей мотивации к обучению…
Скучно просто так говорить про электроны? Давайте вспомним, что электрон одновременно является и волной, и частицей. Звучит странно и непонятно? Да, конечно! Так и давайте обсудим, как и почему до такого физики додумались.
Мне кажется, что даже маленькие дети вполне могут уловить общую идею волновой функции – как центральную идею квантовой механики. Суть в том, что электрон в атоме вовсе не летает вокруг ядра по круговой орбите, а как бы “размазан” по пространству шаровой формы или даже в форме гантели… Мы можем лишь с некоторой вероятностью говорить о положении электрона в конкретный момент времени…
Дело ваше, конечно, насколько глубоко влезать в такие штуки в занятиях физикой с детишками… Возможно, я чрезмерно увлечен этой наукой, а для кого-то вовсе и не интересно вдумываться в такие странные логические противоречия…
Но скажем, неужели кому-то может быть не интересно про черные дыры?!
Такая завораживающая тема! И они же где-то по космосу вокруг нас летают, наверное… Бывают огромные черные дыры, с массами в миллионы масс нашего Солнца. А бывают крошечные черные дыры, размером всего в несколько сантиметров…
Черная дыра – это точно парадокс. Свет не может от нее улететь! Ну как такое возможно вообще?!
Но есть и физические парадоксы попроще, поближе к нашей обычной жизни. Например, давно известный гидростатический парадокс. Его проходят в школьном курсе физики в 7 классе.
Представьте себе большую бочку из плотно пригнанных друг к другу деревянных дощечек, с хорошими железными обручами, заделанную сверху плотно пригнанной крышкой. Бочка заполнена водой. И в крышку сверху вделана тоненькая и очень длинная металлическая трубочка. Представили?
А теперь мы начинаем в эту трубочку сверху вливать воду. И парадокс в том, что при достаточно большой длине трубочки бочку пробьет водой! Потому что ее давление сделается очень большим. Даже если трубочка тоненькая-тоненькая! Странно, правда?
Ну откуда берется такая сила, что вода пробивается сквозь доски в бочке? Ведь вес воды в этой длинной и тоненькой трубочке очень мал!
Есть, конечно, всякие объяснения от серьезных физиков по данному поводу… И в учебниках они изложены. Но не так-то просто в голове уложить их…
А вы представляете, что атом в основном состоит из пустоты? Вы реально хорошо это себе представляете? Вот уж парадокс так парадокс…
Но, помните, мы начали все разговоры с детьми о физике с вопросов о движении света, о его преломлении и отражении? Так давайте честно сразу скажем детишкам, что свет – это и волны, и поток частиц. Непонятно? Конечно! Зато интересно!
И сразу же у нас появляется прекрасный повод для рассказов о физиках прошлого и о спорах, которые они веками вели – по поводу природы света.
Кстати, а как вы представляете фотончик?
Я не знаю, где здесь разумная грань между ясным и четким изложением для детей основ физики и показом всех таких непонятностей…
Мне кажется, что парадоксы стоит упоминать лишь иногда, лишь в качестве небольшой добавки к общему логичному изложению законов мироздания. Вряд ли целесообразно слишком грузить маленьких детей этими интеллектуальными изысками. Но немножко парадоксов – это прекрасно!
