في الآونة الأخيرة، DT الملك سمعت الكثير من زملائي توفي نتيجة "الاستماع الطبقة الفيزياء أرادت النوم"، والمرض. إذا كان يمكنك ابتكار المعرفة مملة لعبة لتظهر، أن تساعد في فهم المحتوى؟

في 50s في وقت مبكر من القرن الماضي، وبعض الطلاب يدعى كوستاس Papaliolios، وأيضا لأن لم يفهم الطبقة الفيزياء بالأسى للغاية. في وقت لاحق وقال انه لعبة الكم، ولكن تم نسيان هذه اللعبة لمدة خمس سنوات، حتى وقت قريب، تلقى متحف التاريخ في جامعة هارفارد عبارة عن مجموعة من الأدوات العلمية مجموعة من لعبة الكم.

سقوط عام 2014، وجمع التاريخ في جامعة هارفارد من الأدوات العلمية، العضو المنتدب، حصل جان فرانسوا غوفان قطعة، يتم وضع علامة على الطرود مع عبارة "جوليان شفينجر، فيز 251a" هو في العمل. بعد الافتتاح، وجدت غوفان ناحية المجمع الداخلي 21 تم وضع علامة عليها ديراك تدوين (البرازيل، كيت) لوصف الألومنيوم دول مكعبات الكم.

الشكل | 201950، أدلى الفيزيائي جوليان شفينجر التدريس ما يدرس في مقررات الدراسات العليا في جامعة هارفارد في ميكانيكا الكم التغييرات، لكنه جعل في الوقت الذي تراجعت العديد من الطلاب في ظلام دامس.

في الواقع، سوى بعض مرتفع ملفوفة "جوليان شفينجر" الكلمة هي كافية للتسبب اهتمام غوفان لأن العديد من المجموعات بما في ذلك جامعة ميدالية جائزة نوبل Schwinger واينشتاين ميدالية (جائزة ألبرت اينشتاين)، في حين أن الطرد وتتميز بعض بعبارة أخرى، "251a الفيزياء"، هو عدد Schwinger في دورات هارفارد يتم تدريس مقررات الدراسات العليا في ميكانيكا الكم. من خلال التحقيق في عمق المحفوظات في مذكرات طالب في جامعة هارفارد والقرائن الأخرى، وجدت غوفان في 1950s، Schwinger تحاول تعديل محتوى الدورة وتعليم طريقة عمل استاذا.

بالمقارنة مع السابق عن طريق ميكانيكا نيوتن وطرق التدريس في جميع مراحل ميكانيكا الكم وميكانيكا الكم توضح تطور تعادل تخطي Schwinger الأكثر من تاريخ ميكانيكا الكم بالطبع، وإدخال النظريات الجبرية العامة مباشرة من تجربة ستيرن-غيرلاخ في عام 1922 ( قوانين جبرية العامة). في تجربة ستيرن-غيرلاخ، ذرات الفضة هي وضع منفصلة بواسطة حقل مغناطيسي واعتداء على لوحة كاشف. نموذج منفصلة غير اثنين فقط من القياسات تدور الممكنة، شتيرن، غيرلاخ التجربة بالتالي مباشرة "جميع ذرات النظام مرحلة الزخم الزاوي التوجه المكاني (التوجه المكاني من الزخم الزاوي) مكمم" توفير هذه الحجة الأدلة.

وبالإضافة إلى ذلك، لويس دي برولي مسألة موجة نظرية المعادلات التفاضلية الجزئية وكانت إروين شرودنغر على نهاية الدورة، وفقط لأن هناك طلاب الراغبين في دورات الفيزياء شطري ذكر فقط في وقت لاحق.

من خلال دراسة البيانات، وجد أن الطلاب غوفان معجب Schwinger المواهب، ولكن هذا محاضراته تحجب. الفيزياء النظرية، جيريمي بيرنشتاين من الخبرة عندما منح دورات تعلم Schwinger في عام 1950، وذكر: "ان الحقائق اثبتت ذلك، Schwinger علينا في محاولة اشتقاق النظري الجديد، أصلا النظرية القديمة ما يكفي لجعل الطلاب على فهم الأمر كله، ولكن بعد أسابيع قليلة من مدرسته تعليمية جديدة أنا لا أفهم. "في بيئة تعليمية مجردة جدا، فمن الصعب أن نتصور Schwinger الألومنيوم مكعب، أو أي جهاز التعليم في ميكانيكا الكم تعليم.

ومع ذلك، وبعد تحقيق دقيق لأصول هذه المكعبات، غوفان في نهاية المطاف تجد استخدام خاص بهم. أولا، هذه المكعبات التي كتبها أستاذ الفيزياء جمع إيريك هيلر تبرعت للقطاع الجامعي، في حين اريك هيلر في منتصف 1990s كانت مكعبات من جامعة هارفارد فيزيائي كوستاس Papaliolios هناك. وبعد التحقيق، تبين غوفان كان كوستاس Papaliolios شارك في عام 1959 Schwinger درس الفيزياء 251a الدورات، وبعد ثلاث سنوات على أنها تحسنت، إضافة المزيد من المحتوى والتاريخ والفلسفة يسمى "دورات العلوم الطبيعية 2 (العلوم الطبيعية 2 ) "تهدف بالطبع هذه مكعبات" لعبة الكم "لتعليم المساعدة. وفي وقت لاحق، وجدت غوفان هذه "لعبة الكم" استخدام محددة في غرفة الملفات في وقت متأخر كتب جامعة هارفارد Papaliolios في مقال.

خريطة | الكم لعبة الخالق كوستاس Papaliolios

هذه المكعبات الألومنيوم مع فتح عند كلا الطرفين، وقدمت داخليا مع فلتر الاستقطاب. شعاع من الضوء يدخل مكعب، أو مجموعة من عدد وافر من التكوين مكعب الفردية، لاحظت النتائج الخفيفة سوف فقط "تمرير" أو "لن تمر" في كلتا الحالتين.

Papaliolios وحي تعلم Schwinger المنهج الدراسي للدورة (وذلك أساسا بسبب من الصعب أن نفهم قسم الرياضيات المجردة)، وتهدف هذه المكعبات. دورة عن نتيجة القياس Schwinger ستيرن-غيرلاخ التجربة ممثلة في شكل مصفوفة، والاستقطاب Papaliolios ضوء لتمثيل الدولتين قد تنشأ. لعب الكم يعادل تجربة ستيرن-غيرلاخ وSchwinger مصفوفة المغناطيسية. التي تضاف مكعبات إعادة ترتيب إلى مكعب أو إزالة، يمكن للمشغل فهم أكثر بداهة عملية حساب مصفوفة خصائص فريدة من نوعها. على سبيل المثال، قد أساليب مختلفة إنتاج مكعبات نفس الملاحظات، على "عملية مصفوفة مختلفة ويمكن الحصول على النتائج في الدولة الكم ل" يتوافق.

الخريطة | هذه كتلة الألومنيوم تصميم في عام 1960 إلى مساعدة الطلاب على فهم أفضل لميكانيكا الكم

تلقى غوفان مكعب 131 مكعبات بوصة وثمانية مكعبات 4 بوصة، ونوعين من الأحجام. تكهن غوفان أن المكعب أكبر كانت تستخدم لمحاضرة مظاهرة، في حين أن أصغر مكعب هو أكثر سهولة للطلبة لاستخدامها.

مع استمرار التحقيق في العمق، وجدت غوفان أن العلاقة بين مكعبات وتاريخ التعليم. أشكال محددة من القرن 18، وكان يستخدم لقياس النظام الشمسي مثل الطاقة الشمسية وصفها، "الكم اللعب" هو أيضا التجريد الفيزياء. Papaliolios Schwinger من الصعب أن نفهم من أجل السماح للأفكار تعليمية جديدة للطلاب أسهل للفهم، ولكن في ذلك الوقت (منتصف القرن 20) مصممة هذه المكعبات. في غضون ذلك، شارك Papaliolios أيضا في مشروع الفيزياء في جامعة هارفارد، البحث عن سبل لتحسين تدريس الفيزياء في المدرسة الثانوية من خلال أسلوب التدريس هو أكثر إنسانية.

خريطة | المبيان أداة

ولكن هذه "لعبة الكم" لا وجود بعض المشاكل، لأنه في ذلك الوقت لم Papaliolios لا يكتب دليل لمكعبات، المواد وهناك المنشورة على التعبير القيمة التي يمكن أن تنعكس في العملية التعليمية، والذي هو نتيجة مباشرة لزملائي Papaliolios و الطلاب في حيرة عند استخدام هذه المكعبات، بحيث هذه المكعبات تدريجيا يمكن نسيانه، وتبرعت في نهاية المطاف إلى المتحف.

ولكن هناك شك في أن هذه المكعبات تفعل عكس التفكير في ذلك الوقت للناس "كيف ينبغي أن تدمج الكثير من التاريخ في محتوى مناهج العلوم" و "تدريس العلوم كيفية جعل الرياضيات أكثر جزء بديهية" لل.

Papaliolios تصميم لهم، لتدريس الجوانب الأساسية لميكانيكا الكم للطلاب غير الفيزياء، يجعلني بالصدمة. من الواضح، أنه شعر أن الناس العاديين أن يفهموا هذا الموضوع الغامض. ولكن المواطن العادي كنت حقا بحاجة لفهم ميكانيكا الكم؟ وهذه مشكلة خطيرة. في مايو، "وول ستريت جورنال"، وهو التعليق الذي لا يحتاج طلاب المدارس الثانوية لمعرفة حساب التفاضل والتكامل، والإحصاءات وينبغي دراسة الاحتمالات. هذا سبب طبيعي مجموعة متنوعة من الرسائل الغاضبة جاءت في وقت لاحق، على أهمية الرياضيات للمؤلف من الاستعراضات مقال تفسير. ولكن إذا كان حساب التفاضل والتكامل هو مضمون من طلاب المدارس الثانوية يجب ان تتعلم، وأن الناس يجب أن تعرف عن ميكانيكا الكم وماذا؟

خريطة | الكم لعبة صورة

الآن، بالنسبة لأولئك الذين لديهم الوقت وتفضيل، على الأقل أنها يمكن أن يكون لها الكثير من الفرص لتعلم أساسيات. على سبيل المثال، Shini Somara مهندس والعلوم الاتصالات، ركز على اثنين من تحطم الفيزياء المقرر (بساطتها الطبقة الفيزياء) سلسلة يدخل المفاهيم الأساسية لميكانيكا الكم على PBS يوتيوب، وعدد من المسرحيات أكثر من مليون مرة.

ظهر ميكانيكا الكم أيضا في وعظيم الدورات، بما في ذلك سلسلة من الدورات المتخصصة للجمهور العام لفيزياء الجسيمات، ويتم تضمين MOOC (دورات كبيرة على الانترنت مفتوحة) أيضا، بما في ذلك EDX ميكانيكا Everyon للجميع (ونحن نعلم الميكانيك)، بما في ذلك العديد من الدرجة الفيزياء العامة.

وأساليب تدريس جديدة واعتماد Schwinger يناقض التطور التاريخي للمنهج الفيزياء الحديثة يقوم على أساس امتدت تدريجيا من ميكانيكا نيوتن لدي برولي نظرية موجة المسألة ومعادلة شرودنجر. في الوقت الفيزياء الحديثة لعامة الناس، فإنك لن تتعلم كيفية إجراء عمليات مصفوفة محددة، أو غيرها من اللغة الرياضية المجردة، لأنه في ظل الاتجاهات الحالية والتفسيرات الشعبية لميكانيكا الكم تنطوي على مفهوم أكثر اتساعا من حيث المبدأ، وعدد قليل هناك تمثيل رياضي معين.

ربما Papaliolios "لعبة الكم" حان الوقت للعودة إلى. في المقالات Papaliolios الدراسة، وجد نفسه غوفان هذه المكعبات إلى "نوم مغناطيسيا" ل.

كتب غوفان لي في رسالة عبر البريد الإلكتروني، كتب :. "إن أكثر من مرة ألعب، وأكثر وأنا أفهم هذه" لعبة الكم "، بقدر ما اعتقد ان التصميم هو مثير للغاية حقا سهلة الاستخدام وسهلة لفهم، لا يمكن لأي شخص مجرد 'مسرحية' مجموعة من مكعبات لحقا فهم أسس ميكانيكا الكم. ولكن بمجرد فهم مفهوم نظام الدولتين، فإنها تصبح سهلة للبدء من اللعب. باختصار، I عند كتابة الأوراق، ونادرا ما واجهت الكثير من المرح، وهناك الكثير من الفرص ل"التدريب العملي على".