Einstein-Teleskop als verbindendes Beispiel beim Lehrertag
Wie kann man Lehrer:innen der Sekundarstufe dazu inspirieren, modernste Physik in den Unterricht einzubringen? Während des Physiklehrkräftetags an der Technischen Universität Eindhoven zeigt der Forscher Gideon Koekoek, wie verschiedene Physikbereiche in der Theorie des Einstein-Teleskops zusammenkommen.
„Willkommen zu einem Nachmittag über modernste Physik“. Es spricht Gerrit Kroesen, Professor für Physik an der Technischen Universität Eindhoven (NL). Dort leitet er ein umfangreiches Programm, das die Verbindung zwischen Sekundarschulen und weiterführender Bildung verbessern soll. Am 26. März bedeutet dies einen besonderen Nachmittag für 50 Physiklehrer:innen der Sekundarstufe. Bei Workshops, Laborbesuchen und Vorträgen über die aufregendste moderne Forschung werden sie sich inspirieren lassen.
Licht
Thema des Lehrkräftetages ist das Licht, vom Rechnen mit Lichtteilchen über winzige Transistoren für die schnellsten Computerchips, die mit Licht geätzt werden, bis hin zum Fotografieren eines Schwarzen Lochs. In seinem Hauptvortrag erklärt der Gravitationswellen-Forscher Gideon Koekoek (Universität Maastricht und Nikhef), wie eng das Licht mit anderen Bereichen der Physik verwoben ist. Der Auslöser: ein kritischer Schüler, der sich nicht beirren ließ.
Koekoek sagt: „Unsere Lehrmethoden stellen die Physik als isolierte Teilgebiete dar, jedes für sein eigenes Fach. Ich wollte stattdessen die tiefen Zusammenhänge aufzeigen, die all diese Regeln zu einem kohärenten Ganzen verbinden. Das ist die wahre Kraft der Physik.“
Kritischee Student
Auch Einsteins Relativitätstheorie kommt in der Oberstufe vor. Eine Theorie voller Rätsel wie Uhren, die langsamer gehen, und Linealen, die schrumpfen, wenn sie sich mit einer Geschwindigkeit bewegen, die der des Lichts nahe kommt: 299.792.458 Meter pro Sekunde.
Die erweiterte Version der Relativitätstheorie besagt, dass auch die Schwerkraft nichts anderes als eine Krümmung der Raumzeit ist. Bei ausreichend extremen Ereignissen, z. B. bei kollidierenden Schwarzen Löchern, werden in dieser Raumzeit sogar Wellen erzeugt. Genau dieses Phänomen will Koekoek mit dem Einstein-Teleskop erforschen. Im Einstein Telescope Education Centre (ETEC) in Kerkrade (NL) macht er das Thema auch für die breite Öffentlichkeit zugänglich. Aber wie erklärt man Oberstufenschüler:innen die Relativitätstheorie?
„Ich habe selbst einige Jahre als Lehrer vor Klassen verbracht“, erzählt Koekoek seinen Kolleg:innen. „Aber als ich meiner Klasse die Standardeinführung in die Relativitätstheorie gab, konterte ein Schüler. ‚Warum spielt die Lichtgeschwindigkeit eine so zentrale Rolle in der Relativitätstheorie? Und warum gelten die Formeln auch für Phänomene, die nichts mit Licht zu tun haben?‘ Dieser Schüler hatte Recht, ein Beweis muss schlüssig sein. Also habe ich mich an die Arbeit gemacht, diesen Zusammenhang deutlich zu machen. Wollen Sie lernen wie?“
Was folgt, ist eine blitzschnelle Vorlesung. Mit Requisiten wie Luftballons und Stofftieren beweist Koekoek, dass die Relativitätstheorie nicht vom Himmel fällt, sondern bereits in der Newtonschen Dynamik steckt. Selbst die zentrale Rolle der Lichtgeschwindigkeit, die Einstein als handwerkliche Annahme in seine Theorie aufgenommen hat, lässt sich mit ein bisschen Rechnen aus anderen Naturgesetzen ableiten: „Man sieht, dass das Universum eine Höchstgeschwindigkeit haben muss. Und das kann man mit Schulmathematik beweisen! Ich teile meine Arbeit mit Ihnen, damit Sie es selbst mit Ihren Schüler:innen beweisen können.“
Ein Beispiel
Zu schwer für das Klassenzimmer? Im Gegenteil, die Teilnehmer des Lehrkräftetags scheinen begeistert zu sein. Sie nehmen aus den Vorträgen und Laborbesuchen Beispiele mit, die sie im Unterricht verwenden können, um zu erklären, was man später mit Physik machen kann. Auch der Vorsitzende des Tages, Gerrit Kroesen, ist zufrieden. „Dieser Vortrag war anspruchsvoll, aber er hat auch sehr schön die Zusammenhänge der Physik gezeigt. Das ist es, was man der nächsten Generation vermitteln kann.“
„Wir alle kennen die eine Lehrkraft, die den Unterschied gemacht hat“, sagt Professor Kroesen: „So bin auch ich auf der Universität gekommen. Wenn jeder Teilnehmer an diesem Lehrkräftetag auch nur ein Beispiel mitbringt, das er im Unterricht einsetzen kann, um Schülerinnen und Schüler für die moderne Physik zu begeistern, bin ich zufrieden.“
Bildungszentrum
Für alle, die mehr über die Relativitätstheorie, Gravitationswellen und das Einstein-Teleskop erfahren möchten, gibt es gute Nachrichten. Mit Hilfe von Gideon Koekoek entwickelt das Discovery Museum in Kerkrade (NL) das neue Einstein-Teleskop Education Centre (ETEC) mit Unterrichtsmaterialien für weiterführende Schulen. Die Türen werden sich nach dem Sommer 2024 öffnen.
