Työn toinen puoli
Usein kysytään, millaista tutkijan työ on. Olen kirjoittanut asiasta yleisesti ja tutkimuksen osalta, nyt kommentoin hieman opettamista. Palattuani kesällä 2010 ulkomailta Helsingin yliopistolle olen opettanut keväisin suhteellisuusteorian ja kvanttifysiikan perusteita aloitteleville opiskelijoille ja syksyisin kosmologiaa pidemmälle ehtineille. Johdantokurssien ja edistyneempien erikoiskurssien pitäminen eroaa toisistaan aika lailla.
Modernin fysiikan kulmakivet ovat suhteellisuusteoria ja kvanttimekaniikka. Ne ovat täynnä ihmeellisiä asioita, joilla on perustavanlaatuinen merkitys maailmankuvallemme, todellisuuden epämääräisyydestä ajan suhteellisuuteen ja maailmankaikkeuden laajenemiseen. Oppiminen kuitenkin alkaa pohjatietojen hankkimisesta klassista fysiikkaa läpi käymällä. Samalla pitää omaksua kokonainen työkalupakki matemaattisia menetelmiä, jotta voi ymmärtää sitä kieltä, jolla teoriat on ilmaistu. Menee vuosia ennen kuin voi päästä sisälle vaikkapa yleiseen suhteellisuusteoriaan, mikä voi tuntua lannistavalta.
Tämän takia Helsingin yliopiston fysiikan laitoksella on kaksi kurssia, joiden tarkoituksena on esitellä suhteellisuusteorian ja kvanttifysiikan perusteita ja ilmiöitä pelkistetysti. Kurssit on suunnattu ensimmäisen vuoden fysiikan opiskelijoille, mutta niillä käy myös edistyneempiä muiden aineiden opiskelijoita. Yksinkertaisia esimerkkejä käydään läpi matemaattisesti, monia asioita kuvaillaan vain populaarilla tasolla. Näitä kursseja luennoidessani pääasiallinen tavoitteeni ei ole se, että opiskelijat oppisivat fysiikkaa, vaan että he saisivat käsityksen siitä, mitä kaikkea hienoa siinä onkaan ja olisivat motivoituneita jatkamaan opintoja.
En ole varma kuinka hyvin tämä on onnistunut. Puolipopulaarit esitykset ovat minusta kaikkein hankalin laji. Täysin populaareissa luennoissa voi maalata leveällä pensselillä, yksityiskohtaisissa kursseissa matematiikka muodostaa selkeän kehyksen, jossa asiat ovat paikoillaan. Puolipopulaarien kurssien kohdalla pitää tasapainoilla sen välillä, että on tarpeeksi matematiikkaa teorioiden rakenteen selvittämiseksi, mutta riittävästi kuvailua josta saa laajemman käsityksen asioista, joiden matematiikka on liian vaativaa tai veisi liian kauan selittää. Vaikeutta lisää se, että opintojen alkuvaiheessa opiskelijoilla on vielä opittavana fysikaalisen sisällön lisäksi myös se, miten matematiikkaa käytetään fysiikan ymmärtämiseen. Kun on oppinut yhtälöiden lukemisen ja kirjoittamisen taidon, se tuntuu itsestään selvältä, ja on vaikea ymmärtää miksi joku pitää sitä vaikeana tai pelkää yhtälöitä.
On turhauttavaa kun opetukseen ei voi paneutua täysipainoisesti, vaan sitä tekee huonommin kuin mihin kykenisi. Luennot voisi pitää selkeämmin ja olisi mahdollista kartoittaa tarkemmin mitkä asiat ovat kurssilaisten mielestä hankalia, mutta se veisi enemmän aikaa. Tutkijan työssä kun on aikakin kaksi puolta, opetus ja tutkimus – raha-anomukset, hallinto ja mahdollisesti popularisointi tulevat sitten vielä päälle. Monet tosin katsovat, että tutkimus on heidän varsinainen toimensa, ja opetus ja muut velvollisuudet ovat lähinnä häiriötekijöitä. Opetusta pidetään usein negatiivisena palkkana, jonka joutuu maksamaan saadakseen tehdä tutkimusta. Hiukkasfyysikko Sidney Colemanin kanta, jonka mukaan hän luopuisi mielellään puolesta palkastaan, jos hänen ei tarvitsisi opettaa, ei liene harvinainen. Colemanilla toisaalta on maine loistavana opettajana: sellaista arvostetaan, mutta se ei ole juuri kenenkään tavoite. Tutkijan intohimo on uusien asioiden tutkiminen, ei vanhojen opettaminen. Myös työpaikkojen hakijoita arvioidessa tutkimusansiot ovat oleellisin tekijä, opetus on toisella sijalla.
Esittelykurssien luennoimisesta on kyllä se ilo, että tulee ajatelleeksi laajempia kokonaisuuksia ja historiallista kehitystä. Kuten popularisoidessa, samalla hahmottaa miten suurenmoisia asioita maailmasta onkaan saatu selville. Lisäksi, toisin kuin täysin populaarien kurssien yhteydessä, oppii arvostamaan sitä, miten fysiikan ideoita voi välittää yksinkertaisella matematiikalla.
Edistyneemmissä kursseissa on antoisaa se, että tulee käytyä yksityiskohtaisesti läpi sellaisiakin asioita, joita ei itse tutki. Opettaessa asiat pitää ymmärtää paljon tarkemmin kuin opiskellessa, ja kun on sisäistänyt tarpeellisen matematiikan kauan sitten, asiat tuntuvat helpoilta ja suoraviivaisilta, niin että joskus kummastelee, mikä niissä voi tuntua hankalalta. On virkistävää, ainakin ensimmäisillä luentokerroilla, nähdä miten jotkut opiskeluajoilta tutut asiat asettuvat osaksi nykyään laajemmin tuntemaa kokonaisuutta. Toisaalta kosmologiakurssiakin luennoin toinen käsi selän taakse sidottuna, koska suurin osa opiskelijoista ei ole opiskellut yleistä suhteellisuusteoriaa, joten kaikkea ei voi esittää niin suoraan ja selkeästi kuin mitä mieli tekisi.
Myöhäisemmän vaiheen kursseilla saa myös paremman kosketuksen opiskelijoihin, koska osallistujia on vähemmän: suhteellisuusteorian perusteiden kurssia käy 150 opiskelijaa, ensimmäistä kosmologian kurssia 20. Ero opiskelijoiden ja luennoitsijan näkökulman välillä on myös pienempi kuin opintojen alussa, mikä helpottaa kommunikointia. Ehkä kaikenlaisessa opettamisessa on kuitenkin piristävintä se, miten kiinnostuneita jotkut opiskelijat ovat fysiikasta.
”Hiukkasfyysikko Sidney Colemanin kanta, jonka mukaan hän luopuisi mielellään puolesta palkastaan, jos hänen ei tarvitsisi opettaa, ei liene harvinainen.”
Tulee mieleen Galileo Galilei, joka halusi muuttaa Venetsiasta Firenzeen päästäkseen eroon opetusvelvollisuuksistaan. (Asiasta enemmän vaikka Raimo Lehden mainiossa kirjassa, Ursa #69.)
Tavallaan sääli. Omien kokemuksieni mukaan (koskien signaalinkäsittelyä, elektroniikkaa ja melontaa) mistään ei opi enempää kuin omien oppilaittensa virheistä.
Minulle tulee mieleen Galileo Galileista se että hän opetti omasta mielestään virheellistä maakeskistä mallia 12 vuoden ajan, koska ymmärsi ettei hänellä ole riittävästi todisteita Aurinkokeskisen mallin puolesta.
Kuinkahan moni nykyinen fyysikko / kosmologi epäilee että pienen ja / tai ison mittakaavan maailmankuvamme maailmankaikkeudesta on virheellinen?
Ps. Galileo Galileilla itselläänkin taisi olla monesta asiasta virheellinen kuva?
Oppimisessa on hyvä erottaa virhe ja väärässä oleminen. Joskus voi tulla tehneeksi virheen, joka osoittautuukin vähemmän vääräksi kuin ”oikea” ratkaisu. Toisaalta jokainen tarkka ja toimiva kuvauskin on lopulta vajaa ja väärässä, ainakin pätevyysalueensa ulkopuolella.
Toinen oppimisessa tärkeä ulottuvuus on mallien haku. Jos onnistuu soveltamaan ja yhdistelemään luovasti aikaisempia tuntemiaan malleja uuteen tilanteeseen, voi paremmin onnistua välttämään trivialisoitumisen. Tästä esimerkkinä yleisen suhteellisuusteorian gravitaatio aineen ja tilan vuorovaikutuksena, jossa ei todellisesti ole tilaa kappaleiden väliselle suoralle vuorovaikutukselle, vaan se käy aina tilajännityskentän kautta.
Toisaalta opettamisen vaikeus on usein se, että havainnollistamisessa oma mallinnuskokemus on erilainen kuin jokaisen oppilaan; toki yleisiä esimerkkejä voi käyttää, mutta varsinkin vakavastiotettavuuteen pyrkivässä semipopulaarisuudessa voin uskoa tulevan vastaan useita sudenkuoppia.
En ole koskaan opiskellut yliopistossa enkä tiedä siitä muuta kuin julkisuuden, tv:n ja radion kautta annettujen lyhytluentojen perusteella, mutta jotain arvioitani matematiikkaan, yhtälöihin / opettamiseen ja tutkimiseen kuitenkin muodostunut ja niistä lyhyesti.
Ensin kuitenkin tervehdys aamuisesta keskustelustasi Yle Puheen kanavalla klo 9 jälkeen noin 25 minuuttia, jossa kerrattiin opetustasi, kosmologian tutkimusta ja taiteellista osallistumistasi… Haastattelussa radiotoimittaja teki tavanomaisen viittauksen katseeseesi ylemmäs – kun lienee itse ollut hieman hakusessa miten asiantuntevasti kyselyään jatkaisi. Lopussa nousi esille myös yleisemmin ”oikeudenmukaisuus”, joka sekin toisinaan eksyy harhaan pitäytyessään liiaksi päätäntävallan näkökohdissa. Suomen kielessä vääristymää ”pahoittelu” -sanaan, joka perimmiltään on pahan ilmaisua – sopivampaa olisikin virheeseen anteeksi pyytää ja ”hyvitellä” – johon anteeksi anto ja korjaustoimenpiteet sopii.
Opetuksesta siis, se antaa myös tutkijalle mahdollisuutta oppia uutta opetettaviensa kanssa ja moni huippututkija onkin saanut parhaimmat tuloksensa esille ryhmätyöskentelyssään nuorempiensa (ikäistensä ja vanhempienkin) kanssa. Matematiikassa on perimmiltään kyse vain yhteen- ja vähennyslaskuista, joihin on kehitetty pidemmälle vietyjä yhtälöitä ja niiden selkeä esille tuonti helpottaa ymmärtämään, jakamaan tehtävät osiinsa ja tekemään entistä tarkempia malleja käytäntöön (muistiin ei kaikkea saa päällimmäiseksi ja käytäntö ja kokemus kaikessa helpottaa omaksumista).
Taiteellinen työsikin hyväksi, josta monipuolisuutta. En harrasta astrologiaa (”huuhaana” pelättyä), mutta niilläkin parhaimmillaan tarkkaa se taivaankappaleiden seuranta (vaikka päätelmät ovatkin ns. hatusta vedettyjä). Astronomian puolella kosmologian opetus- ja tutkimustyöhösi hyvää jatkoa.
Moi Syksy. Onnitteluni Talvisirkus Kosmoksen ensiesityksestä. Olit mukana käsikirjoittamassa sitä.
Minua kiinnostaa se, että saitteko kuvailtua superjoukkojen toisistaan loittonemisen ilman liikettä?
Käsittääkseni nykyisten teorioiden mukaan galaksijoukkojen muodostamat isommat joukot loittonevat toisistansa liikkumatta toisistansa pois päin.
Vaikuttaa aika vaikealta asialta kuvata sitä tanssivien ihmisten avulla jotka liikkuvat tilassa?
IkuinenRakkaus:
Galaksien liikkeissä tätä ei ole yritetty tuoda ilmi, alkumaailmankaikkeuden laajenemisen yhteydessä kyllä. Siitä miten se tehtiin en tässä kerro, sen näkee esityksessä!