Relativiteitstheorie voor scholieren

Ook de slimme leerling op het atheneum vindt natuurkunde maar een moeilijk vak en - erger - lang niet altijd leuk. Het totale aantal WO-studenten mag dan op peil blijven, vaker dan vroeger kiezen eerstejaars voor natuurkunde aan een Technische Universiteit, een effect dat door het vijfde studiejaar aan de TU's zal doorzetten. De gewone universiteiten voelen zich achtergesteld en zijn boos. “De opleidingen in Delft en Leiden zijn zo goed als uitwisselbaar”, zegt prof. dr. G. Nienhuis, hoogleraar moleculaire fysica aan de Rijksuniversiteit Leiden. “Een vijfde jaar voor technische natuurkunde is zeer onzuiver.”

Als tegenzet heeft Leiden nu een masterclass in het leven geroepen voor uitblinkende leerlingen uit 5 en 6 VWO. “Niet om het vak leuker voor te stellen dan het is”, verzekert Nienhuis, “maar zo leuk als het is.” De eerste in de reeks, over de relativiteitstheorie van Einstein, is zojuist afgerond. Dertig scholieren braken zich op drie opeenvolgende zaterdagen in het Huygens Laboratorium het hoofd over E=mc, krimpende meetlatten, de tweelingparadox en het equivalentieprincipe.

Allemaal waren ze aangemeld door hun natuurkundeleraar, met een maximum van drie per school. Nienhuis: “Ik zag er best tegenop, een mislukking kost je direct studenten. Maar het was allemaal heel levendig, ze stelden de juiste vragen en ook bestond de groep voor een derde uit meisjes.” Of die natuurkunde gaan studeren vindt de Leidse hoogleraar niet zo belangrijk. “De uitstraling, daar gaat het om.”

Tot de deelnemers aan de Leidse masterclass behoorde Mandana Rad uit Den Haag. Toen deze leerlinge van het Internationaal College Edith Stein uit Den Haag enkele jaren geleden uit Iran naar Nederland kwam, had ze de middelbare school bijna voltooid. Dit jaar doet ze examen 6 atheneum. “Een uitzonderlijk begaafde leerlinge,” vindt leraar Q. ter Spill van zijn oogappel.

Mandana vond het niveau van de cursus behoorlijk hoog. “Het ging allemaal in een razend tempo, gelukkig was de handleiding erg duidelijk.” De tweede bijeenkomst, een computerprakticum ontleend aan een Amerikaans leerboek, was het interessantst. “Toen kon je zelf ruimtereizen simuleren en zag hoe de verschillende klokken bij het naderen van de lichtsnelheid als een razende op elkaar begonnen voor te lopen. Of achter natuurlijk, want alles is relatief.”

Intussen heeft Mandana in samenwerking met twee klasgenoten en leraar Ter Spill - die men zich in Leiden nog herinnert als een 'eigenzinnig student' - als vervolg op de masterclass een eindexamen-scriptie geschreven: 'E=mc misleidend uitgelegd in het middelbaar onderwijs.' Dit in het kader van het 'zelfstandig onderzoek natuurkunde', dit jaar voor het eerst verplicht onderdeel van het schoolonderzoek.

In de scriptie van Madana c.s. worden natuurkundeboeken op de middelbare school gehekeld om hun 'onvolledige voorstelling van zaken'. Centrale stelling: E=mc stelt een identiteit voor, en geen 'reactievergelijking' voor omzetting van massa in energie. Massa is energie, aldus de Edith Stein-groep, met c (het kwadraat van de lichtsnelheid) als 'banale' omrekeningsfactor, “vergelijkbaar met de 4,18 bij het omrekenen van calorieën naar joules”.

Prof. dr. F.A. Berends van het Instituut-Lorentz voor theoretische natuurkunde ziet desgevraagd in de Haagse eindexamenscriptie een “schoolvoorbeeld van het vastlopen van goede leerlingen in halfbakken onderwijs”. Een kleine ramp, aldus de hoogleraar. “Juist de doordenkende leerling stuit in de middelbare schoolleerstof op tegenspraken die op een hoger niveau van abstractie - dat hij best aankan - zouden verdwijnen. Vandaar dat het zo belangrijk is begaafde leerlingen op hun intelligentie aan te spreken. Anders is voor hen het leuke van natuurkunde er snel af en lopen wij de juiste studenten mis.”

In het geval van Mandana en haar klasgenoten verdwijnen de moeilijkheden, zo legt Berends uit, zodra zij de vier-dimensionale Minkowski-ruimte zouden binnenstappen. “Dat vereist enige inspanning, maar eenmaal erin thuis worden redeneringen met relativistische en invariante massa's, in de scriptie met elkaar verward, als vanzelf eenvoudiger.”

Of Mandana het Leidse 'reisadvies' zal opvolgen, valt te bezien. Bij nader inzien spreekt de 'levende' natuur de Iraanse meer tot de verbeelding. Voorlopig denkt ze aan geneeskunde of farmacie.