211service.com
Professorn som väcker fysik till liv
Under fyra decennier vid MIT fick Walter Lewin studenter entusiastiska över fysik. Nu når hans föreläsningar miljontals studenter runt om i världen. 21 februari 2012
Under de senaste fyra minuterna har Walter Lewin arbetat vid tavlan, böjd för att förmedla en punkt – eller snarare, en serie små, snabba punkter, så nära varandra att de liknar en perforering. Den 76-åriga professorn emeritus i fysik visar på ett märkligt fenomen, även om ämnet inte är Newtons lagar eller Maxwells ekvationer utan något som utan tvekan är mer förvirrande.
Tanken är att krita inte ska vara för kort, instruerar Lewin sin elev. Du måste trycka på brädan, och om du inte trycker för hårt kommer den att hoppa. Om du går lite snabbare, då är du i affärer.
Eleven tar ytterligare ett bokstavligt hugg i tavlan och försöker imitera den snabba banan av prickar som Lewin är känd för att rita till synes utan ansträngning med ett svep med armen, vilket producerar ett ljud som liknar en liten maskingeväreld.
Hur han ritar dessa prickade linjer är en fråga Lewin får regelbundet från fans över hela världen. Varje år hittar nästan två miljoner människor den håriga professorn via YouTube, iTunes U och MIT:s OpenCourseWare – inte bara skissar upp ekvationer utan svänger från en pendel, röker handfulla cigaretter åt gången eller hoppar från ett skrivbord med en gallon av äppeljuice, allt för att bevisa fysikens principer.
Se videor av Walter Lewin som undervisar, ritar prickade linjer och håller sin sista MIT-föreläsning här.
I 43 år undervisade Lewin så många som 600 studenter per termin i MIT:s tre inledande fysikkurser – 8.01, 8.02 och 8.03 – och fick konsekvent strålande recensioner. 1999 började institutet filma de 94 föreläsningarna från de tre kurserna, och 2004 började OpenCourseWare lägga upp filmerna, som kunde ses gratis av alla med internetuppkoppling. Föreläsningarna spreds snart till YouTube, iTunes U och Academic Earth, och 2007 New York Times fångade trafiken och profilerade fysikprofessorn i ett inslag på förstasidan som en internationell webbstjärna.
Inkorgen till en webbstjärna
Sedan hans videor gick ut på nätet har Lewin fått tusentals brev och e-postmeddelanden från beundrare över hela Internet, inklusive Bill Gates, som har sett hans föreläsningar – många mer än en gång. Jag hade några fantastiska lärare när jag var liten, men jag önskar att det hade funnits fler som Lewin, skriver Gates i en recension av Lewins nya bok, For the Love of Physics: From the End of the Rainbow to the Edge of Time — En resa genom fysikens underverk .
Varje dag kommer två till tre dussin e-postmeddelanden in i Lewins inkorg, många från fans med fysikrelaterade frågor. Oftast skriver folk för att tacka honom för att han ändrade sin syn på fysiken - och världen. Lewin gör en poäng med att svara på varje e-postmeddelande. Han tackar sina onlinestudenter och ger tillbaka noggranna förklaringar till fysikfrågor, ofta inom några minuter efter att han fått dem. Han är snabb med att ge förslag på kompletterande material, och en gång postade han till och med 18 fysikböcker som svar på en vädjan från en pojke som kom från en fattig familj och kämpade med en hörselnedsättning. Pojken hade tittat på Lewins videor och berättat för professorn att de förändrade hans liv och att han fiskade upp böcker ur soptunnan för att hjälpa honom i hans strävan att bli läkare. Du fick mig att älska fysik, skrev han. Jag tror nu att jag har en chans i livet.
På sin persondator förvarar Lewin en speciell fil med e-postmeddelanden som har haft särskild betydelse för honom genom åren. Dokumentet är mer än 700 sidor långt, men det representerar bara en liten del, säger han, av fansmailen han har fått.
Vissa människor hoppas få träffa Lewin en dag, och många gör resan till MIT i hopp om att träffa honom personligen. En gång tackade han ja till en inbjudan att besöka en beundrare i Seattle. Steve Johnson, då teknisk chef för Boeing, erbjöd professorn en gratis åktur på företagets 767 flygsimulator.
Johnson minns att min favoritdel av flygningen var när han skrek: 'Steven, det här är omöjligt! Jag känner känslan av acceleration, men jag vet att den här simulatorn inte rör sig.’ Allt jag behövde göra var att ge en förklaring en gång … ett tecken på att han var en lysande student.
Medan Johnson hade den sällsynta möjligheten att träffa professorn på hans hemmaplan, nöjer sig andra tittare med att bara titta på honom på webben. En 13-årig flicka från Chennai, Indien, återspeglade mångas uppfattning i ett e-postmeddelande till Lewin 2006: Jag känner mig inte 'utelämnad' att jag inte går i en av de bästa skolorna. 'Den bästa' av lärare finns i mitt hem.
Koppla ihop prickarna
När fansen frågar efter hemligheten bakom hans prickade linjer, bjuder Lewin dem helt enkelt in till sitt klassrum för en personlig demonstration – det enda säkra sättet att få fram budskapet. Faktum är att han hävdar att han kan lära ut tricket till vem som helst på fem minuter eller mindre.
Tillbaka på sitt kontor hämtar han krita från sin elev.
Kan jag prova och se vad jag gör annorlunda? frågar Lewin. Du måste känna det i fingrarna och låta det liksom hoppa från brädan.
Efter att Lewin demonstrerat tar studenten motvilligt tillbaka kritan. Tänk om hon aldrig får det? Tänk om kritan vägrar hoppa? Men han pressar på och uppmuntrar henne att försöka igen. Efter nästan fem minuter hoppar kritan.
Eleven – den här författaren – måste erkänna att det första hoppet nästan var spännande, som en shot espresso eller glädje. Den ansträngning Lewin lade ner på att demonstrera och förklara var kanske oproportionerlig i förhållande till övningens trivialitet, men för honom är utdelningen – det där elektriska ögonblicket av förståelse – värt det.
Lewin har använt samma energi och ansträngning för att undervisa i fysik, i syfte att ingjuta en visceral, långvarig förståelse hos sina elever. I sin sista föreläsning 8.01 sa han ofta till dem att även om de med största sannolikhet skulle glömma Keplers tredje lag (även om, hoppades han, inte före slutprovet), skulle de förmodligen komma ihåg att fysik kan vara väldigt spännande och vackert ... om du bara har lärde sig att se det och uppskatta skönheten.
Att se lektioner
Walter H. G. Lewin föddes den 29 januari 1936 i Nederländerna och växte upp under andra världskrigets omvälvning. 1940 tog Tyskland kontrollen över Nederländerna och deporterade massor av holländska medborgare till koncentrationsläger. Många av Lewins släktingar tillfångatogs och skickades till gaskamrarna, ett faktum som han fortfarande har svårt att tänka på. I sin bok noterar han att hans far, som var jude, stod inför ökande restriktioner från nazisternas händer – han förbjöds från kollektivtrafik, offentliga parker och till och med sina favoritrestauranger. Kyrkogården var en av de få platser han fick besöka. En dag, minns Lewin, försvann hans far helt enkelt, för att skydda sin familj från ytterligare granskning av nazisterna.
Walter Sr återvände 1944 och familjen fortsatte att driva den lilla skola som hans föräldrar hade börjat före kriget. Skolan erbjöd maskinskrivning och stenografi, och när han gick på college hjälpte Lewin till som instruktör.
Det var dock konsten som först utlöste hans kärlek till undervisning. Han absorberade en tidig uppskattning av konst från sina föräldrar, som ägde en omfattande samling målningar. (En av hans favoriter var ett porträtt av hans far som nu hänger över hans eldstad i Cambridge. Det är hans glasögon som verkligen sticker ut: tjocka, svarta, konturerade osynliga ögon, de följer dig runt i rummet, medan hans vänstra ögonbryn bågar sig frågetecken över ramen, skriver Lewin i sin bok. Det var hela hans personlighet: penetrerande.)
Fysiken fungerar! Walter Lewin förbereder sin publik för en demonstration som han ska utföra i sin sista fysikföreläsning på MIT.
Lewin minns att han höll sin första föreläsning för sina kamrater i gymnasiet när han var 15: en presentation om Vincent van Gogh som han höll för en klassuppgift. Det måste ha varit hemskt, minns han, för i den åldern tittade jag bara på konst, inte på konst.
Han skulle senare dra denna distinktion – titta mot se – i sina fysikföreläsningar, och uppmanade eleverna att verkligen se, till exempel, att fysiken förklarar färgernas ordning i en regnbåge.
Alla mina elever vet att rött är på utsidan och blått på insidan, och att den sekundära bågen är omvänd, säger Lewin. Och varje gång de ser en regnbåge, kommer de att kontrollera det, för jag har lärt dem hur man ser.
Vägen till föreläsningssalen
1965 tog Lewin en doktorsexamen i kärnfysik vid Delfts tekniska universitet, där han undervisade på dagen och utförde forskning på natten. Han höll ett obevekligt schema på 80 timmar per vecka för att slå tre flugor i en smäll: genom att undervisa i fem år kunde han betala tillbaka sina lån, undvika att tjänstgöra i armén och avsluta sin examen.
Efter examen fick Lewin en avgörande inbjudan från Bruno Rossi, en pionjär inom röntgenastronomi, att komma till MIT och arbeta inom det framväxande området. Väl på campus gick han med i ett team av forskare som analyserade data från väderballonger för röntgenkällor - bevis på avlägsna galaxer. Sex månader efter att han satte sin fot på campus erbjöd MIT Lewin en fakultetstjänst, och som han gillar att säga lämnade han aldrig.
Lewin dykade entusiastiskt in i röntgenastronomi vid institutet. 1972 orkestrerade han uppskjutningen av världens största väderballong i Australien och skickade ett röntgenteleskop till en höjd av cirka 45 000 meter för att mäta högenergiröntgenstrålar från yttre rymden. Strax efter att han började på fakulteten tog Lewin också på sig de tre kärnkurserna i fysik, och föreläste för hundratals studenter i MIT:s största föreläsningssal, 26-100. Med sitt flyktiga hår och förkärlek för stora, färgglada nålar var han först en kuriosa och sedan en evig favorit bland studenter, som deltog i Lewins föreläsningar till stor del för sina utarbetade och till synes off-the-manschetten demonstrationer.
Vid varje given klass fann eleverna att professorn balanserade på en stege när han sög från ett fem meter långt sugrör för att visa hydrostatiskt tryck; eller raketande över scenen på en trehjuling som drivs av en brandsläckare; eller lekfullt slå en elev med ett skinn av kattpäls för att skapa en elektrisk laddning.
Dessa klasser kan ha haft en känsla av lätthet och improvisation, men Lewin ansträngde sig mycket för att sammanställa varje föreläsning. Han såg till att lägga en grund och ge sammanhang, genom att kombinera ekvationer och demonstrationer. Varje föreläsning var tempo på ett sätt som påminde om teater, komplett med en uppbyggnad, klimax och avslutning.
Jag kan få eleverna att skratta, och jag kan få dem att gråta, säger han. Jag kan få dem att sitta på säteskanten, och jag kan få dem att sluta andas... Jag kan bygga upp till ett drama och en spänning som är nästan outhärdlig.
Fysiken fungerar! Walter Lewin visar att perioden för en pendel är oberoende av massan som hänger från pendeln.
För att uppnå detta ägnade Lewin vanligtvis 40 till 50 timmar åt att förbereda sig för varje föreläsning, och repeterade den 50 minuter långa produktionen två eller tre gånger - den sista på lektionsmorgonen. Hans föreläsningsanteckningar, som finns bevarade och stolt uppställda i en serie pärmar på hans kontorshyllor, avslöjar en intensiv drivkraft för både precision och dramatik.
Till exempel markerade Lewin sina skrivna anteckningar med fem minuters intervall och använde en stor klocka på scenen för att se till att han var på rätt spår. Han gjorde också skisser av ljuspanelen i salen och färgade in vilka knappar som han skulle trycka på på särskilda punkter under hela föreläsningen. På så sätt, säger han, gick inte en sekund förlorad för logistiken.
Walter var hälften kritsamtal, hälften demo och total teater, säger Craig Milanesi, videoproduktionschef på MIT. Han var också mycket precis och krävande, som vetenskap.
I mitten av 1980-talet regisserade Milanesi Lewin i en serie videohjälpsessioner, som professorn skapade som ett komplement till sina fysikkurser. Sessionerna gick varje timme på MIT:s kabelkanal, och studenter samlades i sovsalar för att titta på, ofta bara för skojs skull. Sittande vid ett skrivbord talade Lewin ärligt in i kameran och peppade sitt föredrag med skisser, demonstrationer och personliga berättelser. Och precis som hans liveföreläsningar var sessionerna tidsinställda till den andra.
Han kunde säga till dig, 'Jag var 30 sekunder över' eller 'Jag sprang en minut för tidigt', minns Milanesi. Han var intensiv, direkt – en perfektionist.
Att bli global
1999, genom ansträngningar av professor Richard Larson, skaffade fysikavdelningen medel för att videofilma Lewins föreläsningar. Milanesi och videografen Tom White var bland besättningen som slutförde uppgiften under de närmaste åren.
Vi hade en bra rytm, säger White. Eftersom Walter var så förberedd med sina föreläsningar var det bara koreograferat som ett dansstycke.
Flera år senare, när videorna gick globalt genom OpenCourseWare, skulle White, som kan ses använda handkameran i vissa ramar, känna krusningseffekterna av Lewins berömmelse.
Jag gick till en bar mitzva, och en lärare från Chicago frågade vad jag gjorde, minns White. Jag sa: 'Jag jobbar på MIT' och han sa, 'Åh, jag använder dessa Walter Lewin-band,' och jag sa: 'Jag jobbar på dem!' och han sa: 'Älskling! Han arbetar med Walter Lewin!’
Faktum är att många lärare har skrivit Lewin genom åren för att tacka honom för hans videor, som de använder eller refererar till i sin egen undervisning. De används ofta i mindre formella miljöer också. Kristen McIntyre '80, en senior mjukvaruingenjör på Apple, använde dem för att hjälpa sin tonårsson se världen med glädje och förundran av en vetenskapsman, och pausade ofta videon för att ge en mer detaljerad förklaring eller för att förstärka en poäng. Jag har fina minnen av att till exempel sluta förklara gyroskop och att vi båda gjorde fingertecken med högerhandsregeln till varandra när vi arbetade igenom det, säger hon. Det gjorde verkligen skillnaden för honom i hans fysikklasser på gymnasiet och college, som han fick i alla TILL s. Jag har bokstavligen hundratals sidor med diagram och bearbetade problem, som alla katalyserades av dessa 8.01 föreläsningar. Idag håller McIntyre de flesta av Lewins föreläsningar på sin iPad. Jag tittar på dem när jag är på humör för en riktigt rolig utflykt tillbaka till 8.01 eller 8.02, säger hon.
Fysiken fungerar! Lewin röker flera cigaretter åt gången för att demonstrera Rayleigh-spridning, spridningen av ljus av partiklar som är mycket mindre än ljusets våglängd. När han andas ut rök över en opolariserad ljuskälla, sprider de extremt fina partiklarna ljuset, vilket gör att röken ser blå ut.
Lewins ohämmade stil har också haft en inverkan på hans kamrater på MIT. Donald Sadoway, en populär föreläsare och professor i materialkemi, ger honom krediter för att ha hjälpt till att utveckla sin egen undervisningsstil på en skola som tenderar att ge forskning, inte undervisning, högsta fakturering. Ur Sadoways perspektiv kan föreläsare vid forskningsuniversitet känna att de behöver vara seriösa för att uppfattas som professionella – ett tryck som han säger är ortogonalt mot idén om att avslöja individens sanna personlighet.
De riktigt bra föreläsarna på någon nivå är excentriska personligheter på sitt sätt, säger Sadoway. Lewins föreläsningar gav mig självförtroendet att utveckla min föreläsning, att inte dra mig tillbaka, att sätta mig där ute, i vetskapen om att Walter gör samma sak på sitt eget sätt.
Lewin har sällan, om aldrig, varit känd för att hålla tillbaka, varken i eller utanför föreläsningssalen. Han stannar till exempel ofta till vid fontäner en solig dag för att peka ut regnbågar för förbipasserande. Jag är säker på att några av dem tycker att jag är konstig, skriver han i sin bok. Men vad mig beträffar, varför skulle jag vara ensam om att njuta av sådana dolda underverk?
Joseph Goldbeck ’07, som tog 8.03 med Lewin, minns ett annat exempel på denna impuls att utbilda. 2005 besökte han Lewin vid ett Hillel-evenemang på campus och presenterade sig själv som en före detta student. Lewin frågade om Goldbeck bar ett diffraktionsgitter - en plastskiva som delar upp ljus i olika våglängder, vilket gör alla färger i en stråle synliga. Goldbeck grävde fram ett galler ur sin ryggsäck, där han hade förvarat det sedan han gick Lewins klass. Professorn höll upp den mot ljuset ett ögonblick och sträckte sig i fickan för sin egen. Han sa: 'Den här är inte bra', minns Goldbeck. 'Här, ta min - det är den bästa i partiet.'
Goldbeck bar Lewins galler i flera år och fiskade ofta upp det när han stötte på en intressant ljuskälla. Jag tror att han kände med ett bättre galler, jag skulle njuta mer av ljusets fysik i mitt liv, säger han.
Över 26-100
Även om Lewin blev emeritus och gick i pension från undervisningen 2009, kommer han fortfarande till sitt kontor på campus två gånger i veckan för att öppna sin post, diskutera forskning, läsa litteratur och träffa beundrare som vill skaka hans hand. Han får regelbundna förfrågningar om att tala runt om i världen och accepterade nyligen inbjudningar att föreläsa i Sydkorea, Washington, D.C. och Nederländerna.
Lewin accepterar också vänförfrågningar på Facebook, dock inte utan att göra en egen förfrågan. I flera år höll han en veckovis konsttävling utanför sitt MIT-kontor, och utmanade eleverna att gissa vem som hade skapat ett visst verk och när. Nu publicerar han 30 till 50 av de mer än 250 verk han har visat under åren och ber potentiella Facebook-vänner att identifiera dem. Färre än 50 personer har klarat provet.
Ett besök nyligen på hans kontor hittade Lewin mitt i en flytt. Efter att ha haft samma kontor i mer än 40 år flyttade han till ett mindre i korridoren och packade ihop de många målningar, läroböcker och minnen som han samlat på sig under åren. Hans pärmar, som innehåller anteckningarna från var och en av hans 103 videofilmade föreläsningar (inklusive några han gjorde för barn och en han höll vid universitetet i Delft), hade redan flyttats till det nya utrymmet.
Den 16 maj 2011 firade Lewin lanseringen av sin bok genom att ta ut sina anteckningar en gång till för att hålla en sista föreläsning i 26-100. Hallen var fylld över sin kapacitet med nuvarande och tidigare studenter, lärare och fans. För Lewin var den sista föreläsningen – av mer än 800 han har hållit i salen – en bitterljuv höjdare.
Du vet att du har dem i dina händer, säger han. Du vet att du kunde göra vad som helst med dem som du ville. Du vet också på ett sätt att det är sista gången du kommer att göra det. Då vet man att det tar slut. Det är väldigt känslosamt för mig. Men det fina är att två miljoner människor tittar på mig varje år. Och det kommer bara att öka.