почему железнодорожные рельсы не клодут вплотную друг к другу, а оставляют зазоры между ними?

Уже кладут, просто твой учитель физики этого не знает. Есть бесстыковые рельсовые пути. И их все больше и больше. Решение проблемы теплового зазора позволило создать так называемый бесстыковой путь. Он используется на железной дороге. На Московском метрополитене на эстакадной части Бутовской линии проводились работы по устройству бесстыкового пути. Данная технология несколько снижает потери энергии и износ рельсов, а также значительно снижает количество дефектов, возникающих в металле рельса при ударе в стык, устраняет проблему выплесков под стыками и значительно снижает уровень шума. Бесстыковые пути также часто используют на трамвайных путях. Применение бесстыкового пути относится к ресурсосберегающим технологиям в путевом хозяйстве.
Раньше делали стыки, потому что стальные рельсы (как и все прочие тела) при нагревании расширяются. И если не будет стыков, то рельсы при жаркой погоде упрутся в друг друга и начнут изгибаться, причем довольно сильно. Это, естественно, приведет к тому, что первый же поезд сойдет с рельсов и будет тяжелейшая железнодорожная авария.