به عشق فیزیک

از کوارک‌ تا کیهان‌، همراه با مطالب و مقالات جذاب علمی - ترویجی - آموزشی

به عشق فیزیک

از کوارک‌ تا کیهان‌، همراه با مطالب و مقالات جذاب علمی - ترویجی - آموزشی

به عشق فیزیک

هدف این وبلاگ ارائه‌ی مطالب، مقالات، تصاویر و ویدیوهای علمی - ترویجی و آموزشی مرتبط با دنیای فیزیک، ستاره‌شناسی و ریاضیات است.

نویسندگان
  • ۱
  • ۰

اهمیت روش‌های ریاضی رد علوم


اهمیت روش‌های ریاضی در علوم


ممکن است شما هم جزو کسانی باشید که از وجود معادلات ریاضی در کتاب‌ها و درس فیزیک آزرده شده باشید. یا اینکه یادگیری ریاضیات و روش‌های ریاضی را کاری دشوار و ملال‌آور و حتی گاهی بیهوده قلمداد کرده باشید. و این پرسش برای‌تان مطرح شده باشد که چه دلیلی برای استفاده از روش‌های ریاضی در آموزش علوم وجود دارد؟ یا اصلاً چه نیازی به آموزش ریاضیات وجود دارد؟ در ادامه تلاش می‌شود برای این پرسش که از نقطه‌نظر آموزشی اهمیت بسیاری دارد، پاسخ‌هایی ارائه شود.



ابتدا باید به این نکته اشاره کنم که ریاضیات در علوم طبیعی، به ویژه فیزیک، به عنوان یک ابزار و شیوه‌ی بیان استفاده می‌شود و می‌توان گفت که ریاضیات زبان فیزیک است یا به گفته‌ی گالیله: «زبان طبیعت است». حال به این موضوع می‌پردازیم که اهمیت استفاده از چنین زبانی در علوم  به چه دلیل است.


بر خلاف تصور عمومی، ساختار ذهنی انسان طوری است که روش‌ها و زبان ریاضی را ساده‌تر و بهتر از هر شیوه‌ یا زبان دیگر درک می‌کند. علاوه بر این ریاضیات مزایایی دارد که  آن را به ایده‌آلی برای بیان و درک مفاهیم فیزیکی بدل می‌کند. زبان ریاضی بسیار دقیق است. ابهام و ایهام در آن وجود ندارد. هر گزاره و مفهومی که در ریاضیات بیان می‌شود، بر خلاف زبان اجتماعی، یک و فقط یک معنی دارد. به دلیل استفاده از شیوه‌ی نشانه‌ای در ریاضی، که خود تاریخی خواندنی دارد، این زبان بسیار موجز و خلاصه است و زوائد غیر ضروری ندارد. هر مفهومی که در آن بیان می‌شود لازم است ابتدا به دقت توصیف شود و ابهامی در آن نباشد. مهم‌تر از همه اینکه در ریاضیات خطا وجود ندارد؛ چرا که قضایای ریاضی که بنای ساختمان ریاضی بر آن‌ها استوار است، یا اثبات می‌شود یا رد. قضیه‌ای که نسبتاً یا احتمالاً درست باشد یا اثبات آن سست و غیر قابل اتکا باشد، در ریاضیات جایی ندارد.


معادلات ریاضی در فیزیک


از طرفی شیوه‌های ریاضی برای اموری که با کمیت‌های قابل اندازه‌گیری سرو کار دارد، در طول تاریخ بشر پیشرفت قابل توجهی داشته است. این امر باعث می‌شود کار محاسبات کمیت‌ها، و نتایج اندازه‌گیری‌ها و پیدا کردن روابط بین آن‌ها نسبت به روشی که بدون استفاده از روش‌های امروزین ریاضی قابل تصور است، بسیار بسیار ساده‌تر باشد. این موضوع از اهمیت زیادی برخوردار است؛ زیرا ما به کمک ابزار ریاضی که امروزه در اختیار داریم، قادریم شرایط و روابط بسیار پیچیده‌ای را که بر اجزای سازنده‌ی جهان حاکم است، تحلیل کنیم. در حالی که اگر برای انسان نخستین که از ساده‌ترین ابزار ریاضی، یعنی شمارش، در زندگی خود بهره می‌برد به هیچ وجه قابل تصور نیست. 



جالب است به این نکته توجه شود که بنای کلیه‌ی شیوه‌های محاسبات پیشرفته‌ی امروزی بر همان روش‌های ساده‌ی قدیم استوار است. این در حالی است که ساختار مغز و توانایی ذاتی ذهن بشر امروزی نسبت به انسان اولیه‌ای که در دوره‌ی پیش از انقلاب کشاورزی زندگی می‌کرد، تفاوت عمده‌ای پیدا نکرده است.



ریچارد فاینمن، فیزیک‌دان نامی قرن بیستم و یکی از بهترین معلمان فیزیک معاصر، در یک دوره سخنرانی جذاب عمومی با عنوان «QED، نظریه‌ی عجیب نور و ماده» که در کتاب کوچکی با همین عنوان چاپ شده است و چند ترجمه‌ی فارسی هم از آن وجود دارد، اظهار می‌کند که تمدن‌های نخستین از روش‌های ابتدایی شمارش، مانند شمردن نخود یا سنگ‌ریزه برای اندازه‌گیری و محاسبه‌ی پدیده‌های طبیعی استفاده می‌کرده است. چنان‌که به طور مثال‌ اقوام «مایا» توانسته بودند بازه‌ی زمانی‌ای را که سیاره‌ی زهره به عنوان ستاره‌ی شامگاهی و صبحگاهی پدیدار می‌شود با روش‌هایی مشابه، مشخص کنند. اما تصور کنید چه مقدار باید نخود یا سنگ‌ریزه شمرده شود تا ساده‌ترین محاسبات مربوط به نظریه‌ی «الکترودینامیک کوانتومی» را به این طریق انجام دهیم! بدون شک بیشتر از چیزی است که هرگز بتوان تصور کرد.


کلاس فیزیک


امیدوارم تمثیل زیر، که گاهی در کلاس‌های درسم برای ترغیب شاگردان از آن استفاده می‌کنم، بتواند به روشن شدن بیشتر اهمیت روش‌های ریاضی در علوم، کمک کند:



تصور کنید در دل یک کوه بزرگ گنج بسیار بسیار ارزشمندی پنهان است که استخراج و استفاده از آن می‌تواند زندگی جامعه‌ای از انسان‌ها را دگرگون کند و برای آن‌ها رفاه، سلامتی،‌ آگاهی، طول عمر و بی‌نیازی از سختی‌ها و فقر و درد و رنج و مصیبت به ارمغان بیاورد.



در این جامعه افرادی هستند که قصد دارند دل کوه را بشکافند و این گنج گران‌بها را به دست آورند. فردی که با دست خالی به کندن کوه اقدام می‌کند در طول عمر خود و شاید تا نسل‌ها بعد برای شکافتن کوه راه به جایی نمی‌برد. کسی که از ابزار ابتدایی مانند، چوب و فلز استفاده می‌کند وضعیت بهتری دارد، ولی نسل‌ها طول خواهد کشید که پیشرفت قابل توجهی برای شکافتن دل زمین  داشته باشد.



افرادی که از ابزاری مانند بیل و کلنگ و پتک و دیلم استفاده می‌کنند، وضعیت‌شان به مراتب بهتر است و می‌توان امید داشت که در طول یک یا دونسل، دست کم به بخشی از گنج موعود دست یابند. اما همه می‌دانیم که کسب مهارت در استفاده از این ابزار در ابتدا کمی رنج و سختی به همراه دارد. ممکن است بازوی‌تان به درد آید، دست‌تان پینه ببندد یا خود را زخمی کنید. اما بدون شک ارزشش را دارد.



در نهایت افرادی را تصور کنید که از ابزارهای پیشرفته‌ی امروزی مانند ماشین‌های صنعتی، نوار نقاله، مته‌های غول‌آسای حفاری و ... برای شکافتن دل کوه استفاده می‌کنند. همه توافق داریم که این گروه به نسبت در زمان بسیار کوتاه‌تری به گنج خواهند رسید و آن‌را استخراج خواهند کرد. اما استفاده از این ابزار نیاز به مدت‌ها کسب مهارت و تخصص دارد.



در تمثیل بالا گنج گران‌بها همان دانش است که به حق تا امروز تحول خارق‌العاده وغیر قابل انکاری در بهبود تمام وجوه زندگی بشر ایجاد کرده، او را از رنج‌های بسیاری رهانیده، سلامتی، طول عمر و رفاه برایش به ارمغان آورده، راه غلبه بر موانع و مصیبت‌های طبیعی را برای او گشوده و نسبت به خود و محیط پیرامونش آگاهی فراوانی به او بخشیده است. به ندرت انسان منصفی را پیدا می‌کنید که در فواید دانش برای زندگی انسان‌ها شک کند.



اما یادگیری و بهره برداری از گنج دانش نیازمند کسب مهارت در استفاده از ابزار استخراج آن، یعنی ریاضیات است. برای کسب چنین مهارت ارزشمندی اگر در آغاز کار، گاهی بازوی «مغزمان» به درد آمد، پوست دستش پینه بست، خستگی به همراه داشت یا نیاز به صرف مقداری زمان بود، خوب می‌دانیم که ارزشش را دارد. 


نظرات (۰)

هیچ نظری هنوز ثبت نشده است

ارسال نظر

ارسال نظر آزاد است، اما اگر قبلا در بیان ثبت نام کرده اید می توانید ابتدا وارد شوید.
شما میتوانید از این تگهای html استفاده کنید:
<b> یا <strong>، <em> یا <i>، <u>، <strike> یا <s>، <sup>، <sub>، <blockquote>، <code>، <pre>، <hr>، <br>، <p>، <a href="" title="">، <span style="">، <div align="">
تجدید کد امنیتی