Podemos preguntarnos por qué la enseñanza de los conceptos de la física moderna es tan limitada, a pesar de que la mayoría de los expertos en enseñanza y de los investigadores en física opinan que los mismos no deben omitirse a nivel de las escuelas medias. Por ejemplo, los expertos consultados en la década del noventa¹ coincidieron en que la física desarrollada a principios de siglo XX debe ser parte del currículo de la enseñanza Polimodal. Por este motivo, estos contenidos fueron incluidos en los planes oficiales de estudio.

Como paso previo, también podemos cuestionarnos la necesidad de enseñar tales contenidos a estudiantes que no necesariamente se dedicarán el futuro a cuestiones de ciencia o tecnología. Dado el continuo avance de la ciencia, también es válido preguntarse cuál es el punto razonable donde concluir la enseñanza de la física.

A principios de siglo XX, con la formulación de la mecánica cuántica y de la relatividad, cambiaron las bases de la física. En el marco de la relatividad especial, los conceptos de espacio y tiempo dejaron de ser absolutos, se encontraron modificaciones a las leyes de movimiento y hubo que aceptar la posibilidad de conversión de masa en energía. Para explicar la naturaleza del mundo subatómico, la mecánica cuántica debió dejar de lado el determinismo de la física clásica, y aceptar el carácter dual (onda-partícula) de fenómenos que con anterioridad se consideraban solamente ondulatorios o solamente corpusculares. De la unión de ambas teorías (relatividad y cuántica) surgió la predicción de la existencia de la antimateria. Todos estos cambios, además de servir para la comprensión de innumerables fenómenos naturales, dejaron una enseñanza fundamental sobre cómo se desarrolla la construcción del conocimiento. Hay bastante unanimidad sobre la relevancia y la pertinencia de enseñarlos en las escuelas medias. Por supuesto, la física siguió avanzando desde la formulación de estas teorías y hay desarrollos y aplicaciones importantísimos que han cambiado nuestra vida cotidiana (el ejemplo quizás más notable es el descubrimiento del transistor, que dio lugar a la era de la electrónica). Sin embargo, por una cuestión de tiempo, a nuestro juicio es imposible intentar cubrir más material. Tampoco queda claro que sea relevante hacerlo para estudiantes de todas las orientaciones.

Reflexionemos ahora sobre las dificultades que presenta la “bajada al aula” de la física moderna, que es sin duda uno de los principales motivos por los cuales en general no se la enseña en las escuelas medias. La física moderna no es intuitiva y, en su formulación, requiere de conocimientos matemáticos que aparentemente sobrepasan ampliamente los de los estudiantes de escuelas medias, y harían imposible su enseñanza a ese nivel.

Sin embargo, la situación no es tan complicada como parece. Muchos textos incluyen descripciones bastante completas de la teoría especial de la relatividad, analizando la dilatación del tiempo, la contracción de longitudes, y la equivalencia masa-energía. No hace falta matemática sofisticada para comprender los fundamentos de la teoría. Alcanza con conocimientos básicos de álgebra. El punto es enfatizar claramente cuáles son las hipótesis de partida (por ejemplo la constancia de la velocidad de la luz, que puede presentarse como resultado del experimento de Michelson y Morley) , y discutir algunas de sus importantes consecuencias. Estas permiten ilustrar cómo el sentido común puede llevarnos a conclusiones incorrectas. Es importante además hacer hincapié en los numerosos experimentos que confirman la validez de las ideas propuestas.

Por supuesto, el ejercicio de trabajar con conceptos alejados del sentido común no es sencillo, y de hecho surgen, a todo nivel, aparentes paradojas con los postulados de la relatividad. Las mismas seguramente también surgirán en el aula, y en algunos casos la solución puede no ser sencilla. ¡Pero el docente no tiene por qué tener respuestas para todas las preguntas!

Introducir la mecánica cuántica es un desafío probablemente mayor aún. Una adecuada aproximación al tema, concordante con los contenidos básicos orientados de la formación Polimodal, sería comenzar enfatizando el carácter dual de la luz. Así, con experimentos pensados y/o animaciones es posible describir cuál sería el resultado de un experimento de interferencia o difracción si se realizara con una fuente de luz extremadamente débil. Se verían llegar paquetes localizados de energía a la pantalla (fotones ? comportamiento corpuscular), que se van distribuyendo sobre la misma de manera de ir formando el patrón ondulatorio de interferencia o difracción. Se podría avanzar ahora describiendo experimentos con electrones, para enfatizar la dualidad onda-partícula de la materia. Se podría concluir explicando el modelo atómico de Bohr.

¿Cómo es la situación con otras ciencias?

Un ejemplo claro de cambio de paradigma es la biología. La teoría de la evolución de Darwin cambió la visión del desarrollo de las especies a mediados del siglo XIX, y este cambio se ve reflejado claramente en la enseñanza de dicha ciencia en las escuelas. En 1870 se descubrió el ácido nucleico. A principios del 1900 se descubrió que los cromosomas son los portadores de la información genética. En 1944 se descubrió que el ADN es la molécula de la transformación. En 1953 Watson y Crick descubrieron la estructura de doble hélice del ADN, a partir de experimentos de difracción de rayos X realizados por Wilkins y Franklin. Todos estos avances sustanciales también han sido incorporados a las escuelas medias.

No enseñar las bases de la física moderna en las escuelas sería equivalente a reducir la enseñanza de la biología a los aspectos descriptivos, clasificando a los distintos seres vivos, sin mencionar los importantes cambios que revolucionaron esa rama de la ciencia. Además de la obvia importancia conceptual de la física moderna, su enseñanza permite recalcar un aspecto importantísimo de la física (y de toda ciencia experimental) que es el carácter necesariamente aproximado de todas las leyes naturales. Este aspecto será tratado más detalladamente cuando nos refiramos a la metodología en la enseñanza de la física, pero enfatizamos aquí que muchas veces la física se enseña como si fuese una ciencia exacta. Así, la ley de Coulomb o la ley de gravitación universal son consideradas por los estudiantes (y en algunos casos por los docentes también) al mismo nivel que un resultado o un teorema matemático. La discusión del rango de validez de las leyes de la “física clásica” junto con la descripción de las “nuevas” ideas dan al estudiante de las escuelas medias una visión absolutamente diferente de la física y una visión mucho más clara del método científico.

Finalmente, la mecánica cuántica y la relatividad son teorías que han trascendido el ámbito de la física, y han tenido una gran influencia en otras áreas de la cultura. Este es un motivo adicional para incluir su enseñanza en las escuelas medias.

¹“Fuentes para la transformación curricular. Ciencias Naturales”, Ministerio de Cultura y Educación (1996)