Fysikk er mer enn eksperimenter og data. Det er også et sett med underliggende ideer som forbinder og gir mening om ulike aspekter av den virkelige verden rundt oss.
Den greske filosofen Aristoteles, regnet som den første vitenskapsmannen, introduserte først ideer om krefter som virker på objekter. Han foreslo også eksistensen av et naturlig element kalt eteren, som forskere fortsatte å diskutere gjennom 1920-tallet. Albert Einstein, som avviste begrepet eter i sin spesielle relativitetsteori, studerte både filosofi og bidro til å utvikle vitenskapsfilosofien.
En sentral idé for studenter å forstå, sier fysiker Jim Gates, professor ved Brown University, at vitenskap er en prosess. For å parafrasere Einstein, det er en samtale mellom menneskeheten og naturen. Og språket i den samtalen, prosessen med å gjøre fremskritt i vitenskapen, utvikler seg over tid.
Gates og andre professorer gjør en innsats for å gi studentene denne konteksten når de underviser om fysikk.
På Brown underviser Gates “Flat jord til kvanteusikkerhet”, en klasse som opprinnelig ble unnfanget av fysiker og nobelprisvinner Leon Cooper. I den lærer Gates fysikk ikke som et sett med konklusjoner, men snarere en historie med argumentene, motargumentene og samtalene som førte til disse konklusjonene.
Det er slik vitenskap produseres, sier han. “Vi ser tilbake nå, og mange mennesker sier: ‘Å, hvordan kunne de ha tenkt slike ting?'” sier han. “Men hvis du faktisk fordyper deg i skriftene, finner du ut at måten de kom frem til disse konklusjonene på er ganske mye måten mange av oss snakker med hverandre på.”
Uten å ty til kalkulus, bygger Gates kurs på observasjoner fra tidlige astronomer som Nicolaus Copernicus og Johannes Kepler før han drar til Isaac Newton og den vitenskapelige revolusjonen. Gates snakker om den belgiske katolske presten Georges Lemaître, som foreslo en tidlig versjon av Big Bang Theory.
Samtalene Gates trekker frem gjelder ikke bare målinger og lover, men utforsker også spørsmålet om hvorfor ting er som de er.
Mål og mening
Fysiker Sarah Demers, professor ved Yale, satte også opp for å lage en klasse som utfordrer forestillingene om hva fysikk kan være.
Demers og Emily Coates, direktør for dansestudier og professor i dans ved Yale, ble paret sammen for å lage en tverrfaglig klasse der fysikk og dans ble undervist i tandem.
Timen foregikk i et dansestudio med tavle, slik at elevene kunne svinge mellom å lære bevegelsesøvelser i studio og å ta notater og jobbe med problemer. Da paret jobbet seg gjennom å utforme en læreplan som plasserte både dans og fysikk på lik linje, innså Demers at de kunne dra nytte av fysikken som folk opplever i kroppen.
“Du jobber baklengs og sier: ‘Eksperimenter med deg selv, med veggen og med en partner’, så skal vi se på kanskje prøve å introdusere noen av de grunnleggende prinsippene fra fysikksiden,” sier Demers.
Coates veiledet bevegelsesøvelser som introduserte elevene til prinsipper for ulike danseteknikker, og ga elevene innsikt i noen av måtene dansekunstnere manipulerer grunnleggende krefter på, mens Demers delte med dem de tilhørende fysikkkonseptene og beregningsmetodene.
Da de utviklet klassen, innså Coates og Demers at de delte lignende ordforråd.
Demers sier at hun husker at hun satte seg ned med Coates og lærte at koreografer tenker i form av energi, rom og tid – noe som er akkurat det fysikere også gjør. “Den mest grunnleggende definisjonen av koreografi er organiseringen av bevegelige kropper i tid og rom,” sier Coates, “og energi er implisitt i alt dette.”
Medinstruktørene brukte også tid i klassen på å analysere de forskjellige måtene kunnskap blir unnfanget og sporet på. Dans overfører kroppsliggjort kunnskap – ofte gjennom individuelle lærere, i motsetning til i en lærebok. Kontrast det med ligningene i klassisk mekanikk, som kom ut av eksperimentering og deretter ble skrevet ned. “Hvordan har du fremgang i forskjellige disipliner?” spør Demers. “Og hvordan ser det ut?”
Demers var nysgjerrig på å se hvor dans og fysikk skilte seg. For eksempel målte Demers en dag Coates’ myke landing på en kraftplate. Coates, en tidligere danser for New York City Ballet, utførte et eksperthopp inn i tallerkenen. På Demers’ bærbare datamaskin viste dataene en enorm økning i kraft.
“Men hvis du så når hun landet, var det på tærne hennes, og så fløt hun ned,” sier Demers. “Det var en tyngdekraftstrosende effekt.”
Fysikkdataene var ikke feil, men de fortalte heller ikke hele historien om måtene danseteknikker manipulerer og skjuler faktisk innsats for å skape en illusjon av uanstrengthet.
I undervisningen i klassen sier Demers at hun fant ut at disipliner som dans og fysikk har mer til felles enn først antatt. Og den dansen er mindre flyktig enn den får æren for.
Som Coates påpeker, har visse danseformer utviklet seg gjennom århundrer. Fra koreografisk notasjon til dansehistorie og prestasjonsstipend, er det også skrevet ned. “Det forblir ikke fast, men det er noe konservativt i dans, sammen med den konstante oversettelsen og overføringen som skjer,” sier Coates.
Å utforske flere måter å generere og tolke informasjon på er nøkkelen til fremgang i vitenskapen, sier Gates.
«Hva prøver vi å gjøre i fysikk? Det vi prøver å løse er alt. Dette er en enorm, muligens umulig jobb.»