Kriegspiel

Nauki, techniki, społeczeństwa

Bozon idzie do szkoły

Po ostatnim odkryciu CERN i CMS było mi dość głupio. Jako polimerowiec nie mam zbyt wiele do powiedzenia na temat fizyki cząstek elementarnych, ale i tak czułem radość z odkrycia kolegów z CERN/CMS. Oczywiście cieszę się też z sukcesów biologów i chemików, ale w CERN mam jednak więcej znajomych niż w CDC czy IUPAC. Odmian fizyków jest z grubsza tyle samo co odmian fizyki.

Odkrycie w CERN zbiega się z wyrzuceniem teorii względności z podstawy programowej z fizyki. Niestety fizyka w polskich szkołach słabo odpowiada fizyce uprawianej w CERN.

Klucz do oznaczania fizyków

Część zajmuje się fizyką teoretyczną (np. astro, kwantowa / strunowa / matematyczna). Ta banda bywa czasem mylona z matematykami, bo rozwój matematyki stosowanej zaburzył tradycyjne kryterium weryfikowalności wyników. Ale nadal z grubsza jest tak, że jeśli coś da się zweryfikować doświadczalnie to jest to raczej wytwór fizyka niż matematyka. Oczywiście fizycy pracujący w dużej skali (astro, atmosfery, morza) raczej korzystają z obserwacji niż z eksperymentów, ale chyba łapiecie zasadę.

Kawałek bliżej inżynierii są ludzie zajmujący się fizyką stosowaną (np. termodynamiką, magnetyzmem, fizyką ciała stałego). Tutaj fizyk działa jako klasyczny łącznik między teoretykami a inżynierami, projektując doświadczenia w małej skali i uogólniając modele kwantowe do  strawnej postaci. Najlepiej pasuje tu teoria pasmowa ciała stałego –wyrasta z kwantów, służy elektronikom, inżynierom laserów i elektrochemikom. Drugi przykład to efekt Barkhausena – kawałek klasycznej fizyki teoretycznej zaadaptowany do pomiarów szyn. (Ostatnio podpowiedziałem użycie tego zjawiska numizmatyczne z Muzeum Narodowego, dzięki czemu zarobiłem uśmiech i czekoladę).

Najbliżej inżynierii i techniki jest fizyka materiałów (mechanika płynów, gazów, polimerów, półprzewodników…). Operuje ona na modelach przybliżonych i od klasycznej inżynierii dzieli ją najczęściej skala. Oczywiście dla nowych materiałów (nano-cosie), fizyk-badacz  bywa jednocześnie inżynierem-producentem materiału. Główna różnica polega na tym, że elektrotechnika, elektronika czy mechanika rozwinęły się w osobne dziedziny, a inżynierie materiałów (polimerów, nanorurek, aerożeli, ceramików, nadprzewodników…) dopiero się usamodzielniają.

Oczywiście ten podział jest absurdalnie niepełny, bo obok czają się jeszcze odmiany chemii, biologii lub medycyny (o roli modelarzy pisałem wcześniej). Nawet, gdy patrzą na te same materiały widzą zupełnie inne relacje. Posłuchajcie kiedyś jak hematolog rozmawia z przepływowcami, to zobaczycie jak w pięć pytań można zabić fizyka (pierwsze: „Umiesz zastosować Naviera-Stokesa do krzepnięcia krwi w załomie aorty?”).

Równanie EBGHK

Historia bozonu Higgsa stanowi symboliczne dopełnienie mitu samotnego geniusza. Einstein i Bohr, choć zaczynali jako samotni twórcy, swoje teorie szlifowali w dyskusjach z innymi (kongresy Solvaya, potem Los Alamos). Ich wpływ na Feynmana, Diraca, Heisenberga czy Ulama jest nie mniej ważny niż publikacje roku cudów z 1905 czy teoria atomu z 1913 roku.

Nawet Einstein nie mógł pozwolić sobie na izolację, o czym dość boleśnie przekonał się w drugiej połowie życia. Ceną za spór z odkryciami mechaniki kwantowej  była stopniowa izolacja od głównego nurtu dyskusji o teorii unifikacji.  Z drugiej strony świat byłby pięknym miejscem, gdyby każdy flejm naukowy miał klasę dyskusji Bohra z Einsteinem.

Higgs, któremu udało się popchnąć dalej wózek Einsteina, też nie walczył samotnie. To co dzisiaj weryfikuje CERN, jest pochodną trzech artykułów opublikowanych równocześnie w 1964 roku przez Brouta i Englerta, Higgsa oraz zespołu Guralnika, Hagena i Kibble’a.

4 lipca, oprócz znaczenia naukowego, ma też znaczenie symboliczne. Praca rozpoczęta w 1905 roku przez jednego człowieka, w 2012 roku jest kontynuowana przez kilkutysięczne zespoły. Zapewne zdarzają się wśród nich genialni soliści, ale o wyniku decydują również ludzie potrafiący dostrzec powiązania i współpracę.

A kiedy wiele osób musi pracować z dużymi zbiorami danych, potrzebne są mechanizmy dzielenia się wiedzą i pracą. Jednak WWW powstało w CERN głównie po to, by dzielić się nowymi zdjęciami Les Horribles Cernettes:

Sukces CERN to również sukces podejścia, które kiełkowało w Los Alamos, Bletchley Park czy w Houston. Główna różnica polega na tym, że dotychczasowe wielkie projekty fizyki brały początek w doraźnych potrzebach wojska lub polityki. CERN to rezultat współpracy wielu państw, choć bozony dużo trudniej sprzedać wojskowym niż bomby, szyfry i rakiety.

Cząstki elementarne

Pomimo sukcesów współpracy, w mediach i w kulturze wciąż pokutuje mit samotnego odkrywcy. Niestety pokutuje on też w metodyków. Uczniowie przyzwyczajani są do samotnego rozwalania setek zadań, samotnej analizy doświadczeń i samotnego orania jednej dziedziny wiedzy. Rankingi szkół stawiają na specjalizację, olimpijczycy trenują w swoich specjalnościach w zamian za ulgowe traktowanie innych dziedzin.

Tymczasem szkoła nie jest potrzebna do samotnego szlifowania wybranych zdolności. Tymczasem największą zaletą szkoły jest możliwość spotkania ludzi o różnych zdolnościach i uczenia się od siebie nawzajem. Steve Jobs mógł sobie pozwolić na rzucenie koledżu, bo już wcześniej nauczył się wiele o informatyce od Steve’a Wozniaka na dodatkowych zajęciach z elektroniki w Homestead High.

Kiedy prymus z fizyki zaczyna dorosłe życie dość szybko okazuje się, że trzeba umieć dogadać się ze elektronikiem, matematykiem lub biologiem. I chociaż Ayn Rand tego nie cierpi, trzeba też umieć dogadać się z ludźmi bez doktoratu, bo o powodzeniu misji kosmicznej, pracy akceleratora czy budowie mostu decydują też technicy, sprzątaczki i robotnicy.

Z perspektywy szkolnej nie ma dzieci, które nie miałyby jakiś zdolności. Wygadany Steve Jobs jest tak samo cenny co genialny elektronik Steve’a Wozniak.  Szkoła która skupia się na olimpijczykach i testach a olewa umiejętności miękkie łatwo może zmienić się w hodowlę socjopatów. Jeśli szkoła ma szykować do pracy w dorosłym życiu, to musi uczyć kontaktu z ludźmi o różnej inteligencji, pochodzeniu czy poglądach. Samotne szlifowanie zadań musi być uzupełnione projektami z różnych dziedzin, zwłaszcza, że ludzie uczą się w różny sposób – część woli dyskusje a część książki.

Trudno też powiedzieć kiedy wiedza z podstaw fizyki się przyda – bo CERN pracują też świetni elektronicy (sprzęgnijcie tysiące czujników przy minimalnych szumach), informatycy (odsiejcie śmieci elektroników) i elektrotechnicy (180 MW mocy w szczycie. rocznie ok 10% całego kantonu). Większość z nich powinna przynajmniej rozumieć ogólne założenia eksperymentu, bo bez tego trudno zrozumieć pewne sprawy (np. dlaczego od 4 lipca mają darmowe piwo w każdym mieście akademickim).

Między innymi z tego powodu dość krytycznie podchodzę do e-learningu i Akademii Khana. Ekran nie zastąpi człowieka, ani wspólnej pracy z kolegami. Umiejętność stukania równań ma sens tylko wtedy, gdy umie się ją użyć w konkretnych wypadkach. A najwięcej najciekawszej pracy jest tam, gdzie stykają się dziedziny. Tego wszystkiego najłatwiej nauczyć się pracując wspólnie z kolegami z klasy nad kolejnym projektem.

 Trochę szkoda, że polskim absolwentom będzie coraz dalej do CERNu. Jest przecież wciąż cała masa teorii do zunifikowania.

„Nie jest możliwe uwzględnienie elementów szczególnej teorii względności w podstawowym nauczaniu fizyki. (…) To wszystko jest całkowicie niezrozumiałe dla uczniów. Zagadnienia teorii względności nie mają żadnego znaczenia w życiu codziennym (jedynym wyjątkiem są szczegóły działania systemu GPS). Wyniki teorii względności są tak nieintuicyjne, że nie są przyjmowane do wiadomości przez większość uczniów – po prostu są ignorowane. Z tego względu zagadnienia fizyki relatywistycznej mogą, ale nie muszą być omawiane w drugiej lub trzeciej klasie liceum, jeśli nauczyciel uzna to za celowe” (Jan Mostowski – komentarz do nowej podstawy programowej z fizyki).

Dygresja osobista

Skoro Feynman, Wozniak czy Ulam potrzebowali kontaktu z różnymi dziedzinami, to moja historia nie mogła być inna. Kiedy starałem się o pracę w projekcie z fizyki polimerów, dostałem ją bo umiałem oszacować  siły w żeberku skrzydła (projekt dotyczy łopatek wiatraków, a ja kiedyś budowałem modele latające). Dzisiaj mierzę opakowania do żywności i bardzo żałuję, że tak mało wiem o biologii. We wrześniu będę produkował prototyp mojego materiału i będę musiał dogadywać się z robotnikami i technikami. Za pół roku będę lutował obwody sterujące czujnikami a za tydzień reakcję chemiczną. Wiem tylko tyle, że wiedza okazuje się przydatna  właśnie wtedy, gdy człowiek zaczyna ją zapominać.

Reklamy

6 responses to “Bozon idzie do szkoły

  1. Krzysztof Nawratek (@citizen_plug_in) 6 lipca 2012 o 18:52

    Wczoraj na dworcu wpadł mi w ręce The Times (którego zwykle nie czytam) z edytorialem ‚Now We Know’ na temat odkrycia bozonu Higgsa. W tekście autor (redakcja?) cieszy się z odkrycia, ale ubolewa, że pewnie przez wiele wiele lat na tym odkryciu nikt nie zarobi, bo nie wiadomo jakie mogłoby być jego praktyczne zastosowanie…
    W ten właśnie sposób zaawansowany kapitalizm po raz kolejny udowadnia, że jest jedynie barbarzyństwem w garniturze.

    • Ezechiel 6 lipca 2012 o 19:38

      To jest element szerszego problemu. Jeśli na wychodząc z Higgsa poprawi znajomość mechanizmów tunelowania to może się okazać, że praktyka (diody na nowych efektach?) jest blisko.

      Niestety nawet istniejące rozwiązania w praktyce materiałów (polilaktyd, CNT) bardzo powoli trafiają do masowej produkcji, bo stare technologie są po prostu dużo lepiej zbadane. Nikt nie chce zaryzykować milionów we wdrożenie nowości, skoro rynek na starsze odmiany i tak jest trudny.

  2. Krzysztof Nawratek (@citizen_plug_in) 7 lipca 2012 o 15:43

    mi po prostu chodzi o to, że kiedyś nauka zajmowała się poznawaniem i rozumieniem świata i z tego czerpała uzasadnienie swojego istnienia. dziś jedynym uzasadnieniem czegokolwiek jest tego praktyczne zastosowanie i wzrost gospodarczy. taki system musi upaść…

    • vauban 7 lipca 2012 o 18:22

      Ba. Tu jest skądinąd ciekawy wywiad z facetem który robi pożyteczne rzeczy i w dodatku na tym zarabia: http://wyborcza.pl/1,75476,12086475,Mozg_jak_z_klockow_lego.html ale na samym końcu jest passus o sposobie finansowania projektu. Który sposób budzi mój wewnętrzny sprzeciw, bo jeśli ustali się stopę zwrotu inwestycji w badania na 1:10, to większość projektów nigdy nie opuści szuflad. Można tak, ale nie może to być jedyny sposób finansowania badań (i wcale nie jest imho najlepszy).

  3. kazekkurz 7 lipca 2012 o 21:51

    Usunięcie relatywistki z programu nauczania to barbarzyństwo i przyznanie się że stajemy si ę narodem ciemniaków. W zasadzie cała matematyka jaką się wykłada w szkole – nie wychodzi poza wiek XVI -XVII. Fizyka ( gdyby pominąć mechanikę kwantową, jeszcze jest tak? no ale co to za mechanika kwantowa z XVII wieczną matematyką…) w zasadzie kończy się na XIX wieku. nie ma co sie dziwić ze i państwo dostosowuje się do XIX wiecznych standardów….

  4. jan.panda 8 lipca 2012 o 12:17

    Czy les Horribles Cernettes będą miały tournee z nowym albumem o bozonie Higgsa?
    Ten komentarz jest rozpaczliwą próbą wyrażenia uwielbienia dla zespołu, mimo dominującej w komentarzach prawidziwej nauki…

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Log Out / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Log Out / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Log Out / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Log Out / Zmień )

Connecting to %s

%d blogerów lubi to: