Un camp d’été scientifique où physique et amitié font bon ménage
Une demi-douzaine de ballons de plage, aussi gros que des citrouilles de concours, rebondissent partout dans la classe.
Comme la plupart des ballons de plage, ils donnent très envie de jouer, et les élèves ne s’en privent pas.
Cependant, contrairement à la plupart des ballons de plage, ceux-ci illustreront bientôt l’une des découvertes les plus déconcertantes et importantes de la science.
« Ça suffit, dit le professeur. Finis les jeux de plage. Pour bien expliquer la notion de gravité d’Einstein, nous allons l’adapter à quelque chose de courbe. » [traduction]
Les ballons cessent de rebondir, et les rires font place au silence.
Les élèves sont venus précisément pour cela : s’instruire sérieusement en physique.
L'expérience de l'ISSYP à l'Institut Périmètre
Quelque 40 jeunes du monde entier sont venus participer à l’École d’été internationale pour jeunes physiciens et physiciennes (ISSYP) — sorte de camp intensif de physique organisé chaque année à l’Institut Périmètre. Le professeur est Kevin Donkers, conseiller pédagogique à l’Institut Périmètre, qui sait que la physique s’apprend mieux en faisant des expériences
Plus de 500 élèves exceptionnels formés
Plus de 40 pays représentés
Des milliers de morceaux de craie utilisés
13,7 milliards d’années d’existence de l’univers à considérer
Un nombre non dévoilé de litres de café consommés
553 mètres de montée dans la tour du CN
2 000 mètres de descente vers le laboratoire SNOLAB
2 400 m3/s d’eau admirés dans les chutes du Niagara
D’innombrables discussions tard le soir
Des centaines d’amitiés nouées pour la vie
Un potentiel infini pour l’avenir
La séance de ce matin porte sur les modèles scientifiques et la manière dont ils peuvent nous aider à comprendre (ou, parfois, à ne pas comprendre) les phénomènes que nous observons et dont nous faisons l’expérience. Les ballons de plage servent à illustrer une expérience conceptuelle dans laquelle une personne (Alice) tombe du haut d’une échelle alors que quelqu’un d’autre (Bob) se tient non loin de là.
À l’aide de ruban-cache et de leur talent en artisanat, les élèves dessinent sur les ballons de plage des axes perpendiculaires représentant le temps et l’espace, de même que des barres verticales représentant l’échelle (tout comme ils l’ont fait plus tôt en 2 dimensions sur leurs pupitres).
« Voici l’axe du temps », explique Joscelyn van der Veen, 17 ans, en collant une bande de ruban vert sur le ballon pendant que ses collègues maintiennent celui-ci en place. « Cet axe doit être bien droit. Nous faisons de la science! » [traduction]
La grande question : La version dessinée sur le ballon de plage va-t-elle révéler quelque chose de nouveau par rapport à la version à 2 dimensions sur les pupitres?
Les élèves découvrent que la réponse est oui. En dessinant le scénario sur un ballon, on se rend compte que le temps « ne s’écoule pas de la même manière », comme le dit M. Donkers, au sommet et au bas de l’échelle.
On constate cela parce que, sur le ballon, la longueur de ruban (c’est-à-dire la « quantité de temps ») nécessaire pour relier les montants de l’échelle au sommet n’est pas la même qu’au bas de l’échelle. Le temps ne s’écoule pas de la même manière au sol et au sommet de l’échelle.
La dilatation du temps est une caractéristique de la relativité générale d’Einstein, et c’est entre autres grâce à elle que la technologie du GPS fonctionne. La démonstration prouve que le modèle d’« accélération » d’Einstein explique quelque chose que le modèle des « forces » de Newton n’arrive pas à expliquer. Les ballons de plage fournissent une représentation commode de la courbure de l’espace-temps.
Pour ces élèves, dont certains sont venus d’aussi loin que de la Tunisie ou de Singapour, de telles activités pratiques donnent vie à la physique d’une manière que ne permettent pas les manuels scolaires.
« J’ai toujours aimé la physique. C’est pour moi vraiment fascinant non seulement d’apprendre ce qui est au programme, mais aussi d’aller plus loin et de réfléchir aux notions les plus abstraites de l’univers », affirme Kiri Daust, 18 ans, de Smithers, en Colombie-Britannique. « Et je n’ai pas beaucoup d’occasions de faire cela, du moins dans mon école secondaire. » [traduction]
Ce sentiment est partagé par les autres participants à l’ISSYP qui, de retour chez eux, ont parfois de la difficulté à trouver des camarades ayant la même passion pour la physique.
« Ici, vous ne vous sentez pas différent si vous aimez la physique ou si vous vous intéressez aux sciences et aux mathématiques », déclare Kishan Makwana, 18 ans, de Londres, au Royaume-Uni. « L’expérience de l’ISSYP m’a vraiment motivé à faire de la physique à l’université et dans la vie. » [traduction]
Pendant ce camp de 2 semaines, les élèves sont plongés dans toute la physique – de la mécanique quantique à la cosmologie, en passant par une visite au laboratoire SNOLAB, observatoire canadien de neutrinos. Ils sont guidés par des scientifiques de l’Institut Périmètre, travaillent en équipe à des projets de recherche et vivent le quotidien d’un centre de recherche en physique théorique.
Beaucoup d’entre eux sont décidés à faire des études en physique et en mathématiques à l’université, et l’ISSYP est conçue pour les encourager en ce sens. D’autres n’ont pas encore choisi leur voie, mais reconnaissent que l’ISSYP les aide à voir grand et à se dépasser.
« J’ai appris que j’ignore beaucoup de choses, mais je me suis rendu compte que cela ne constitue pas un obstacle », affirme Lola Hourihane, 18 ans, de Dublin, en Irlande. « Cela m’encourage à continuer d’apprendre. Ce que j’ai appris de plus utile, c’est ce que j’appellerais la perspective du physicien – la quête du savoir. » [traduction]
– Colin Hunter
QUELQUES TÉMOIGNAGES SUR L’ISSYP
« J’aimerais être physicien théoricien. C’est vraiment bien d’être dans un institut plein de physiciens théoriciens. C’est le genre d’endroit où j’aimerais travailler un jour. Voir tous ces gens motivés m’incite encore plus à explorer un problème en profondeur et me motive encore davantage à rechercher des solutions. » [traduction]
– Federico Firoozi, 18 ans, Vancouver, C.-B.
« L’ISSYP est l’une des activités les plus étonnantes à laquelle j’aie participé. J’avais depuis longtemps l’idée de faire de la physique, mais maintenant je suis certaine que c’est ce que je veux faire. J’ai hâte de rentrer chez moi pour ressortir les livres de physique auxquels je n’ai pas touché depuis quelque temps. » [traduction]
– Joscelyn van der Veen, 17 ans, Ottawa, Ont.
« J’ai vécu ici une expérience absolument phénoménale. Il y a des participants du monde entier, et c’est bien agréable de pouvoir discuter avec des gens ayant les mêmes intérêts et provenant de tant de pays différents. » [traduction]
– Kiri Daust, 18 ans, Smithers, C.-B.
« Ici, chacun explore sa personnalité, ses intérêts, ses passions. J’ai été surprise par la beauté de la physique. » [traduction]
– Lisa Krueger, 16 ans, Berlin, Allemagne
L’ISSYP DANS LES MÉDIAS
À propos de l’IP
L'Institut Périmètre est le plus grand centre de recherche en physique théorique au monde. Fondé en 1999, cet institut indépendant vise à favoriser les percées dans la compréhension fondamentale de notre univers, des plus infimes particules au cosmos tout entier. Les recherches effectuées à l’Institut Périmètre reposent sur l'idée que la science fondamentale fait progresser le savoir humain et catalyse l'innovation, et que la physique théorique d'aujourd'hui est la technologie de demain. Situé dans la région de Waterloo, cet établissement sans but lucratif met de l'avant un partenariat public-privé unique en son genre avec entre autres les gouvernements de l'Ontario et du Canada. Il facilite la recherche de pointe, forme la prochaine génération de pionniers de la science et communique le pouvoir de la physique grâce à des programmes primés d'éducation et de vulgarisation.
