Τοπίο στη Φυσική

Το πώς χρησιμοποιούμε το μαθηματικό φορμαλισμό μέσα στην τάξη, όσοι διδάσκουμε μαθήματα φυσικών επιστημών, είναι ένα τεράστιο κεφάλαιο, που ποτέ δε θα κλείσει. Πώς θα περάσουμε τη γνώση στους μαθητές μας; Θα παραμείνουμε πιστοί στην εννοιολογική μέθοδο; Θα βασιστούμε στη σιγουριά των μαθηματικών, για να δώσουμε απλές συνταγές επίλυσης; Ποιο είναι το ιδανικό μείγμα φυσικών και μαθηματικών γνώσεων; Το παρακάτω άρθρο του καθηγητή βιοεπιστημών Edward F. Redish μας κάνει μία εισαγωγή στο πρόβλημα, εντοπίζει τις διαφορές των καθαρών μαθηματικών από τα μαθηματικά για τις φυσικές επιστήμες και μας δίνει το έναυσμα για περαιτέρω προβληματισμό.

• Edward F. Redish
• Από το περιοδικό The Physics Teacher

Η βασική διαφορά μεταξύ των μαθηματικών ως μαθηματικών και των μαθηματικών στις φυσικές επιστήμες είναι ότι στις επιστήμες συνδυάζουμε τη φυσική μας γνώση με τις γνώσεις μας για τα μαθηματικά. Αυτή η ανάμειξη αλλάζει τον τρόπο που δίνουμε νόημα στα μαθηματικά και ακόμη και τον τρόπο που ερμηνεύουμε τις μαθηματικές εξισώσεις. Το να μάθουμε να σκεφτόμαστε τη φυσική με μαθηματικά, αντί απλώς να υπολογίζουμε, αυτό περιλαμβάνει μια σειρά από γενικές επιστημονικές δεξιότητες σκέψης, που συχνά θεωρούνται δεδομένες (και σπάνια διδάσκονται) στα μαθήματα φυσικής. Σε αυτό το άρθρο, δίνω μια επισκόπηση της ανάλυσής μου για αυτές τις πρόσθετες δεξιότητες.

Πολλές από τις ιδέες και τις μεθόδους που συζητώ εδώ αναπτύχθηκαν στο πλαίσιο της μελέτης της εισαγωγικής φυσικής με φοιτητές βιοεπιστημών—πρώτα, βασισμένη στην άλγεβρα της φυσικής και στη συνέχεια στη NEXUS/Physics, ένα εισαγωγικό μάθημα φυσικής σχεδιασμένο ειδικά για τις βιοεπιστήμες Οι μαθητές σε αυτές τις τάξεις συχνά αντιστέκονται στην ιδέα ότι τα συμβολικά μεγέθη στις φυσικές επιστήμες αντιπροσωπεύουν φυσικές μετρήσεις και όχι αριθμούς και ότι οι εξισώσεις αντιπροσωπεύουν σχέσεις και όχι τρόπους υπολογισμού.

Τα μαθηματικά στην επιστήμη είναι διαφορετικά από τα μαθηματικά στα μαθηματικά

Στις φυσικές επιστήμες, τα σύμβολα αντιπροσωπεύουν ένα μείγμα – ένα νοητικό συνδυασμό φυσικής γνώσης με γνώση του πώς συμπεριφέρεται ένα μαθηματικό στοιχείο, όπως μια μεταβλητή ή μια σταθερά. Η εξέταση μιας εξίσωσης μέσω ενός μεγενθυτικού φακού που συνδυάζει τη φυσική και τα μαθηματικά αλλάζει τον τρόπο που τη σκεφτόμαστε και τη χρησιμοποιούμε.

Για παράδειγμα, όταν ορίζουμε το ηλεκτρικό πεδίο ως , έχουμε κατά νου ότι το F δεν είναι απλώς μια αυθαίρετη μεταβλητή, αλλά η συγκεκριμένη ηλεκτρική δύναμη που αισθάνεται το δοκιμαστικό φορτίο q, ένα εννοιολογικό μείγμα φυσικής και μαθηματικών. Στα μαθηματικά, θα συμπεριλαμβάναμε ρητά την q-εξαρτημένη στην ετικέτα μας. Στη φυσική, συνήθως δεν το κάνουμε. Μάλλον, περιμένουμε από τον θεατή να ερμηνεύσει το σύμβολο ως κάτι φυσικό και επομένως να συνειδητοποιήσει ότι, όταν το q αλλάζει, το ίδιο συμβαίνει και με το F. Ως αποτέλεσμα, όταν αλλάζει το q, το E δεν αλλάζει, εκπλήσσοντας τους μαθητές.

• Από το SCEPTIC Magazine, που εκδίδεται από τον οργανισμό SCEPTICS SOCIETY
• Του Daniel Loxton

To SCEPTIC SOCIETY είναι ένας μη κερδοσκοπικός μορφωτικός οργανισμός που προωθεί την επιστημονική γνώση, την κριτική σκέψη και ερευνά την ψευδοεπιστήμη και τα παραφυσικά φαινόμενα. Επικεφαλής και ιδρυτής του οργανισμού, στον οποίο μετέχουν πλήθος επιστημόνων, ερευνητών και δημοσιογράφων, είναι ο ακαδημαϊκός,καθηγητής του Chapman University, Michael Shermer, συγγραφέας επιστημονικών βιβλίων και ιστορίας της επιστήμης. Ένα από τα γνωστότερα βιβλία του είναι “Γιατί οι άνθρωποι πιστεύουν σε παράξενα πράγματα“, που έχει εκδοθεί από τις Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης, μεταφρασμένο στα Ελληνικά.

Το άρθρο που ακολουθεί δημοσιεύτηκε στο τεύχος του SCEPTIC Magazine και το αναδημοσιεύουμε, κατόπιν αδείας, στο site μας μεταφρασμένο. Είναι ένα εξαιρετικά ενδιαφέρον άρθρο μέσα από το οποίο μπορεί να μάθει κανείς την ιστορία των εμβολιασμών, αλλά και των αντιεμβολιαστικών κινημάτων σ’ αυτήν την ιδιαίτερα φορτισμένη κρίσιμη περίοδο.

Γιάννης Γαϊσίδης

Αιώνες Δυστυχίας

Θα μάθουμε πώς ανακαλύφθηκαν τα εμβόλια, πώς λειτουργούν και πώς σώζουν ζωές. Θα δούμε τρομακτικούς μύθους και θεωρίες συνωμοσίας για τα εμβόλια. Και θα διερευνήσουμε τη σκοτεινή πλευρά της ιστορίας των εμβολίων – γιατί ανεξάρτητα από το πόσο ασφαλές είναι κάτι, τα πράγματα μπορούν να πάνε ακόμα πιο στραβά.

Ας ξεκινήσουμε από την αρχή. Φανταστείτε για μια στιγμή πώς ήταν η ζωή πριν από χιλιάδες χρόνια, πριν υπάρξουν τα εμβόλια. Οι μεταδοτικές ασθένειες ήταν παντού. Εάν ζούσατε στην αρχαιότητα, η ζωή σας μπορεί να απειλούνταν από επιδημίες θανατηφόρων ασθενειών κάθε λίγα χρόνια. Η οικογένειά σας μπορεί να επιβίωνε ή να μολυνόταν, απλά για να αρρωστήσει και να πεθάνει στη συνέχεια. Σχεδόν όλοι έφεραν τη θλίψη από την απώλεια των αγαπημένων τους από μεταδοτικές ασθένειες.

Ακόμη χειρότερα, οι αρχαίοι άνθρωποι δεν καταλάβαιναν γιατί υπήρχαν οι ασθένειες. Κανείς δεν ήξερε ότι υπήρχαν μικρόβια. Μάντευαν αντ ‘αυτού ότι οι θεοί πρέπει να ήταν θυμωμένοι. Φαντάζονταν ότι οι ασθένειες στάλθηκαν για να τιμωρήσουν την ανθρωπότητα.

Μερικές απλές μετρήσεις χαρακτηρίζουν εστίες διάδοσης, όπως το COVID-19, αλλά ο σωστός υπολογισμός τους είναι εκπληκτικά δύσκολος.

Από το Physics Today

Της Alison Hill

Η Alison Hill είναι επίκουρος καθηγήτρια στο Ινστιτούτο Υπολογιστικής Ιατρικής και στην ομάδα δυναμικής μολυσματικών ασθενειών στο Πανεπιστήμιο Johns Hopkins στη Βαλτιμόρη του Μέριλαντ. Είναι επίσης επισκέπτης μελετητής στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ στο Κέιμπριτζ της Μασαχουσέτης.

Το έτος 2020 έχει καθοριστεί από την πανδημία COVID-19: Ο νέος κοροναϊός, που είναι υπεύθυνος για αυτό, έχει μολύνει εκατομμύρια ανθρώπους και προκάλεσε περισσότερους από ένα εκατομμύριο θανάτους. Όπως τα HIV, Zika, Ebola και πολλά στελέχη της γρίπης, ο κοροναϊός έκανε το εξελικτικό άλμα από ζώα σε ανθρώπους προτού προκαλέσει εκτεταμένο χάος. Η μάχη για τον έλεγχο συνεχίζεται.

Όταν εντοπίζεται ένα ξέσπασμα ασθένειας – συνήθως μέσω μιας ανώμαλης όξυνσης σε περιπτώσεις με παρόμοια συμπτώματα – οι επιστήμονες σπεύδουν να κατανοήσουν τη νέα ασθένεια. Τι είδους μικρόβιο προκαλεί τη μόλυνση; Από πού προέρχεται; Πώς εξαπλώνεται η λοίμωξη; Ποια είναι τα συμπτώματά της; Ποια φάρμακα θα μπορούσαν να την αντιμετωπίσουν; Στην τρέχουσα επιδημία, η επιστήμη έχει προχωρήσει με φρενήρη ταχύτητα. Τα γονιδιώματα των ιών μπαίνουν σε μία αλληλουχία και αναλύονται γρήγορα, οι αριθμοί περιστατικών και θανάτων εμφανίζονται καθημερινά και εκατοντάδες προτυπωμένα στοιχεία κοινοποιούνται καθημερινά.

Μερικοί επιστήμονες σπεύδουν στα μικροσκόπια και τα εργαστήριά τους για να μελετήσουν μια νέα λοίμωξη. Άλλοι ορμούν στους υπολογιστές και στον κώδικα. Μερικές μετρήσεις μπορούν να χαρακτηρίσουν ένα νέο ξέσπασμα, να καθοδηγήσουν τις απαντήσεις στη δημόσια υγεία και να ενημερώσουν περίπλοκα μοντέλα που μπορούν να προβλέψουν την τροχιά της επιδημίας. Οι επιδημιολόγοι των λοιμώξεων, οι μαθηματικοί βιολόγοι, οι βιοστατιστικοί και άλλοι με παρόμοια εμπειρία προσπαθούν να απαντήσουν σε αρκετές ερωτήσεις: Πόσο γρήγορα εξαπλώνεται η λοίμωξη; Ποιο κλάσμα μετάδοσης πρέπει να μπλοκαριστεί για τον έλεγχο της εξάπλωσης; Πόσο καιρό είναι κάποιος μολυσματικός; Πόσο πιθανό είναι τα μολυσμένα άτομα να νοσηλευτούν ή να πεθάνουν;