การค้นพบคลื่นความโน้มถ่วงที่ประกาศเมื่อต้นปีนี้ ถือเป็นการทดสอบขั้นสุดท้ายของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ ไอน์สไตน์เผยแพร่ทฤษฎีของเขาในรูปแบบของสมการเชิงนามธรรม 10 สมการเมื่อ 101 ปีที่แล้ว สมการดังกล่าวได้ลบล้างทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของนิวตันและแทนที่ด้วยปริภูมิโค้งและเวลาที่บิดเบี้ยว ภายในไม่กี่สัปดาห์Karl Schwarzschildก็พบคำตอบของสมการของ Einstein ข้อสรุปของเขาน่าทึ่งและแทบไม่น่าเชื่อ: มันบอกเราว่าเวลา ขึ้นอยู่กับระดับความสูง
และสสารนั้นสามารถสร้างช่องว่างที่พื้นที่และเวลาสิ้นสุดลง
ไม่กี่เดือนต่อมา ไอน์สไตน์เองก็พบวิธีแก้สมการของเขาเอง วิธีแก้ปัญหานี้อธิบายคลื่นในส่วนโค้งของกาลอวกาศที่จะกระเพื่อมด้วยความเร็วแสงเมื่อใดก็ตามที่มวลต่างๆ เร่งความเร็วรอบๆ กันและกัน
ในช่วงครึ่งศตวรรษแรก ทฤษฎีของไอน์สไตน์ยังเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ คลื่นเป็นของจริงหรือเป็นเพียงสิ่งประดิษฐ์ทางคณิตศาสตร์? คลื่นความโน้มถ่วงสะสมพลังงานหรือไม่? หลุมดำที่นักดาราศาสตร์ตั้งสมมติฐานไว้เป็นหลุมดำแบบเดียวกับที่ชวาร์สไชลด์ทำนายไว้หรือไม่ หรือมีการรวมตัวกันหนาแน่นของสสารอื่นๆ หรือไม่
ไม่มีวาระการประชุม เพียงแค่ข้อเท็จจริง
กว่า 40 ปีที่ผ่านมา มีหลักฐานยืนยันว่าคลื่นความโน้มถ่วงมีอยู่จริง และหลุมดำมีจริง นักฟิสิกส์หลายพันคนเชื่อว่าทฤษฎีนี้ดีพอที่จะอุทิศเวลาหลายปีในการคิดค้นเทคโนโลยีเพื่อสร้างเครื่องตรวจจับที่มีความไวสูงซึ่งจำเป็นต่อการพิสูจน์ทฤษฎี
แต่เมื่อคลื่นถูกค้นพบในที่สุดมันก็ยังน่าตกใจ ความตกใจคือการได้รู้ว่าอะไรคือความเชื่อและความหวังมานานหลายปี
ทันใดนั้นเราก็รู้ว่ามีคลื่นอยู่ เรารู้ว่าเครื่องตรวจจับของเราสามารถตรวจจับพวกมันได้จริงๆ และหลุมดำที่อยู่ตรงนั้นก็เป็นหลุมที่ชวาร์สไชลด์ทำนายไว้อย่างแม่นยำ การค้นพบนี้ได้ขจัดข้อสงสัยที่เหลืออยู่ทั้งหมดว่าคำอธิบายของอวกาศ เวลา และแรงโน้มถ่วงของไอน์สไตน์คือวิธีที่ดีที่สุดที่เรามีในการทำความเข้าใจจักรวาล
การตรวจพบ “เสียง” ของความโน้มถ่วงครั้งแรกเผยให้เห็นจำนวนหลุมดำที่หนักมากอย่างคาดไม่ถึงที่ชนกันทั่วทั้งเอกภพ การค้นพบเหล่านี้สามารถอธิบายได้โดยใช้ความคิดแบบไอน์สไตน์เท่านั้น
เมื่อไหร่ที่ฟิสิกส์ของนิวตัน ด้วยเวลาสัมบูรณ์ พื้นที่คงที่ และการขาด
คลื่นความโน้มถ่วง – ยังคงครอบงำหลักสูตรฟิสิกส์ของโรงเรียนในประเทศส่วนใหญ่? เหตุใดจึงไม่เสริมทฤษฎีของนิวตันด้วยทฤษฎีทั่วไปของไอน์สไตน์เพื่อให้นักเรียนเข้าใจถึงความเข้าใจที่ดีที่สุดในปัจจุบันเกี่ยวกับจักรวาลของเรา
เมื่อเร็ว ๆ นี้ นักฟิสิกส์-นักการศึกษา 40 คนจากทั่วโลกมารวมตัวกันที่Gravity Discovery Centerในรัฐเวสเทิร์นออสเตรเลีย เพื่อสำรวจว่าวิทยาการในโรงเรียนสามารถจินตนาการใหม่ในยุคของดาราศาสตร์คลื่นความโน้มถ่วงได้อย่างไร
ทุกคนมีวิสัยทัศน์ร่วมกันว่าเราเป็นหนี้ลูกหลานของเราในการสอนความเข้าใจที่ดีที่สุดเกี่ยวกับธรรมชาติของจักรวาลของเรา แทนที่จะเป็นวิทยาศาสตร์ล้าสมัยในศตวรรษที่ 19 ที่ยังคงครอบงำหลักสูตรของโรงเรียน
เราได้ยินเกี่ยวกับสามประเทศที่เป็นผู้บุกเบิกฟิสิกส์ไอน์สไตน์ในห้องเรียน ได้แก่ เกาหลีใต้ นอร์เวย์ และสกอตแลนด์
Hongbin Kim นักฟิสิกส์และนักการศึกษาชาวเกาหลีเสนอว่าการเติบโตทางเศรษฐกิจและวัฒนธรรมเชิงนวัตกรรมของเกาหลีใต้มีความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับการให้ความสำคัญกับการศึกษาอย่างมาก สิ่งนี้นำไปสู่การทำงานได้ดีกว่าออสเตรเลียมากในการจัดอันดับโลกด้านการศึกษาคณิตศาสตร์และวิทยาศาสตร์
เหตุผลหนึ่งที่ทำให้ไอน์สไตน์ขาดเรียนวิชาวิทยาศาสตร์คือหลายคนคิดว่าทฤษฎีของเขาต้องใช้ทักษะทางคณิตศาสตร์อย่างมาก นักการศึกษาในที่ประชุมปฏิเสธมุมมองนี้อย่างเด่นชัด
คนอื่นแย้งว่าฟิสิกส์ของไอน์สไตน์ควรได้รับการสอนเพราะความงามอันล้ำเลิศ Carlo Rovelliกล่าวว่า:
มีงานชิ้นเอกที่กระตุ้นเราอย่างมาก: Requiem ของ Mozart, Odyssey ของ Homer, Sistine Chapel… อัญมณีของ Einstein ซึ่งเป็นทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเป็นผลงานชิ้นเอกของระเบียบนี้
แต่ฟิสิกส์ของไอน์สไตน์เป็นมากกว่าอัญมณีที่น่าชื่นชม ผลงานของไอน์สไตน์นำโฟตอน กล้องดิจิทัล เลเซอร์ หลุมดำ การบิดเบี้ยวของเวลา การพัวพันของควอนตัม และแผงเซลล์แสงอาทิตย์มาให้เรา การค้นพบของเขาเปลี่ยนแปลงและกำหนดโลกสมัยใหม่ นิตยสารไทม์ประกาศให้เขาเป็นบุคคลแห่งศตวรรษที่ 20
นักวิจัยด้านการศึกษามีหลักฐานมากมายว่าเด็กๆ มีแรงจูงใจและตื่นเต้นที่จะเรียนฟิสิกส์ของไอน์สไตน์ และพอๆ กันที่พวกเขาถูกกีดกันด้วยหลักสูตรที่ล้าสมัยและล้าสมัย
Jyoti Kaurจากทีม Australian Einstein-First ที่มหาวิทยาลัยเวสเทิร์นออสเตรเลีย แสดงให้เห็นว่าฟิสิกส์ของไอน์สไตน์ทำให้เด็กผู้หญิงปี 9 มีความเท่าเทียมกับเด็กผู้ชายด้วยความกระตือรือร้นในการเรียนรู้ฟิสิกส์ของไอน์สไตน์และทัศนคติที่มีต่อฟิสิกส์
เข้าสู่ยุคใหม่
การตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงทำให้เรามีวิธีการสังเกตจักรวาลแบบใหม่ ชาวออสเตรเลียมีบทบาทสำคัญในการค้นพบและแบ่งปันรางวัลBreakthrough Prizeสำหรับความสำเร็จของพวกเขา
ตอนนี้เราสามารถฟังเหตุการณ์และปรากฏการณ์พิเศษทั่วทั้งจักรวาลได้โดยตรง เราเคยได้ยินมาแล้วว่าแผ่นดินไหวในอวกาศขนาดใหญ่เกิดจากหลุมดำขนาดใหญ่รวมตัวกัน ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้าเมื่อมีการสร้างและปรับปรุงเครื่องตรวจจับมากขึ้น จักรวาลจะออนไลน์พร้อมสัญญาณรายวันที่จะช่วยเปิดเผยประวัติทั้งหมดของสสารในจักรวาล ตั้งแต่ดาวฤกษ์ดวงแรกที่สร้างองค์ประกอบเพื่อชีวิตจนถึงที่สุด การตายของสสารในหลุมดำที่เติบโตอย่างต่อเนื่อง
ในนอร์เวย์ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์เป็นส่วนหนึ่งของหลักสูตรฟิสิกส์ระดับมัธยมศึกษาตอนปลาย และกำลังพัฒนาแหล่งข้อมูลการเรียนรู้ออนไลน์มากมาย
ในสกอตแลนด์ การเปิดตัว Curriculum for Excellence เมื่อเร็วๆ นี้ ทำให้เห็นว่าฟิสิกส์ของไอน์สไตน์ฝังแน่นอยู่ในคุณสมบัติระดับชาติของฟิสิกส์ระดับสูง ออสเตรเลียล้าหลังกว่ามากและอันดับลดลงอย่างช้าๆ บ่งบอกถึงการขาดนวัตกรรมในหลักสูตร
เหตุใดทฤษฎีสัมพัทธภาพจึงไม่มีสอนในออสเตรเลีย อุปสรรคที่ยิ่งใหญ่ที่สุดประการหนึ่งในการจินตนาการถึงวิทยาศาสตร์ในโรงเรียนอีกครั้งคือการฝึกอบรมครูวิทยาศาสตร์ใหม่ ซึ่งการฝึกอบรมนั้นไม่มีวิชาฟิสิกส์ของไอน์สไตน์เลย
เนื่องจากการศึกษาขับเคลื่อนนวัตกรรม รัฐบาลและหน่วยงานการศึกษาควรตระหนักว่าความล้มเหลวในการลงทุนปรับปรุงหลักสูตรเป็นสูตรสำหรับความตกต่ำทางเศรษฐกิจและการสูญเสียความสามารถในการแข่งขันระหว่างประเทศ
