Einsteinova relativita pre každého

Keď sa k nám ešte ako k vysokoškolákom pred takmer 20 rokmi dostal americký originál učebnice Fyzika priestoročasu od Edwina F. Taylora a Johna A. Wheelera, boli sme doslova vo vytržení. Kniha, ktorá je dnes na pultoch kníhkupectiev, sa vyznačuje neobyčajne atraktívnym a prístupným spôsobom výkladu, akým sú charakteristické detektívky, pri ktorých hlcete jednu stranu za druhou.

Už vtedy sme vedeli, že táto učebnica sa diametrálne odlišuje od u nás dostupných výkladov teórie relativity. V tom čase u nás skrsla myšlienka preložiť túto knihu do slovenského jazyka.

Jednoducho a pútavo

Pri písaní knihy autori viac ako tridsať rokov systematicky zbierali časté chyby študentov pri chápaní teórie relativity a zakomponovali ich priamo do textu ako otázky a odpovede ilustrované vtipnými obrázkami popleteného študenta a múdreho vtáka. 

Fyzikálna aj pedagogická genialita autorov dospela v brilantnom a mimoriadne zrozumiteľnom výklade až do takého bodu, že najťažšou matematickou operáciou, s ktorou sa čitateľ vo výkladovej časti knihy stretáva, je druhá mocnina a odmocnina a z matematických poučiek Pytagorova veta. 

Túto jednoduchosť sa podarilo dosiahnuť cez vizuálny a geometrický pohľad na relativitu. Ten kladie väčší dôraz na jednotu priestoročasu a na to, čo je nemenné pre všetkých pozorovateľov (vlastný čas, vlastná vzdialenosť, hmotnosť), a nie na to, čo je relatívne a závisí od pozorovateľa (čas, vzdialenosť, hybnosť, energia). Z tohto dôvodu je kniha atraktívna aj pre toho, kto má rád geometriu a chce sa ponoriť do neeuklidovskej geometrie priestoročasu. 

Ideálna kniha na samoštúdium

Možno máte pocit, že takáto kniha nemôže byť učebnicou, ale skôr vedecko-populárnou knihou, na základe ktorej možno len ťažko niečo rozumné vypočítať alebo pochopiť. Čo rozptýlilo tento pocit a nás dostalo úplne, sú rozsiahle, starostlivo premyslené sady problémových úloh a cvičení. Na týchto úlohách za každou kapitolou sme si mohli overiť, ako dobre rozumieme (či nerozumieme) relativite, pričom zložitosť úloh graduje od jednoduchých až po také, pri ktorých sa zapotia aj olympionici. Fyzikálne ide kniha hlbšie ako ktorýkoľvek štandardný vysokoškolský kurz špeciálnej teórie relativity.

Jeden z autorov knihy Edwin F. Taylor, patriaci medzi absolútnu špičku učiteľov v USA, používal učebné texty, z ktorých kniha postupne vznikla, na kurzoch na Massachusettskom technologickom inštitúte na začiatku 90. rokov pri obrátenej výučbe. Študenti mu pravidelne odovzdávali písomné reakcie, na základe ktorých boli zostavené  spomínané otázky a odpovede. Okrem toho často upravoval pasáže textu, ku ktorým sa objavilo najviac nejasností. 

Študenti mali k dispozícii aj jednoduchý softvér, na ktorom mohli vytvárať modely relativistických javov. Ako prekladatelia sme s Edwinom F. Taylorom nadviazali spoluprácu a jedným z jej mnohých výsledkov je Java verzia pôvodného programu Spacetime, ktorá je v mnohých ohľadoch dokonalejšia ako pôvodný program a ktorá sa dá stiahnuť zo stránky uvedenej v knihe. Žiaci si tak môžu prácou s týmto programom vybudovať lepšiu predstavu i intuíciu pre relativistické javy.

Využitie v školskej praxi

Odkedy vyšiel americký originál knihy, na Slovensku sa veľa zmenilo. Špeciálna teória relativity už niekoľko rokov nie je súčasťou osnov gymnázia, hoci jej znalosť sa stále očakáva od riešiteľov najvyššej kategórie fyzikálnej olympiády. Takže ako môže byť kniha dnes na strednej škole využitá? 

Pre šikovných žiakov je kniha vhodná na samoštúdium a samostatné riešenie úloh za kapitolami. Vzadu sú uvedené výsledky nepárnych úloh, čo môže byť istou pomocou pre takto pracujúceho študenta. Pri ostatných úlohách sa už musí spoľahnúť na seba.

Ideálnym spôsobom využitia na strednej škole je to, čo využil už Edwin F. Taylor na MIT: obrátené vyučovaniena fyzikálnom krúžku. Žiaci si dopredu prečítajú vždy jednu kapitolu knihy, napíšu na Moodle, sociálnu sieť alebo e-mailom učiteľovi reakciu, kde uvedú nezrozumiteľné miesta alebo svoje otázky. Na krúžku potom učiteľ na to reaguje a riešia sa úlohy. V praxi bude trvať vyriešenie všetkých úloh ku kapitole niekoľko stretnutí, tak-že týmto spôsobom sa dá viesť krúžok teórie relativity hoci aj celý školský rok.

Na Univerzite Pavla Jozefa Šafárika je Fyzika priestoročasu základnou študijnou literatúrou v predmete moderná fyzika z pohľadu učiteľa fyziky, ktorý môžu študovať budúci učitelia fyziky práve formou obrátenej výučby. Vychádzajúc z kvality vysokoškolských študentov si však dovoľujeme tvrdiť, že nadšení a šikovní stredoškoláci s odvážnymi učiteľmi fyziky by takúto výučbu zvládli aj v rámci seminárov v poslednom ročníku strednej školy.

Jozef HANČ, ÚFV PF UPJŠ, Košice
Slavomír TULEJA, Gymn. arm. gen.
L. Svobodu, Humenné

Einsteinova relativita pre každého

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

Scroll to top