Télescope Einstein comme exemple unificateur dans une journée des enseignants

Comment inciter les professeurs de l’enseignement secondaire à introduire la physique de pointe dans leur classe ? Lors de la journée des professeurs de physique à l’université de technologie d’Eindhoven, le chercheur Gideon Koekoek montre comment divers domaines de la physique se rejoignent dans la théorie qui sous-tend le Télescope Einstein.

« Bienvenue à cet après-midi consacré à la physique de pointe. » C’est Gerrit Kroesen, professeur de physique à l’université de technologie d’Eindhoven (Pays-Bas), qui prend la parole. Il y dirige un vaste programme visant à améliorer les liens entre les écoles secondaires et l’enseignement supérieur. Le 26 mars, il organise un après-midi spécial pour 50 professeurs de physique de l’enseignement secondaire. Ils seront inspirés par des ateliers, des visites de laboratoires et des conférences sur les recherches modernes les plus passionnantes.

La lumière

Le thème de la journée des enseignants est la lumière, qu’il s’agisse de calculer avec des particules de lumière, de transistors minuscules pour les puces informatiques les plus rapides, de graver avec de la lumière ou de prendre des photos à proximité d’un trou noir.

Dans sa conférence principale, Gideon Koekoek (Université de Maastricht et Nikhef), chercheur sur les ondes gravitationnelles, explique à quel point la lumière est étroitement liée à d’autres aspects de la physique. L’élément déclencheur : un étudiant critique qui ne s’est pas laissé égarer.

« Nos méthodes d’enseignement présentent la physique comme des sous-domaines indépendants, chacun pour son propre sujet. Je voulais au contraire montrer les liens profonds qui font que toutes ces règles forment un ensemble cohérent. C’est là le véritable pouvoir de la physique ».

Un étudiant critique

La théorie de la relativité d’Einstein arrive également au lycée. Une théorie pleine de casse-tête, comme des horloges qui ralentissent et des lignes qui rétrécissent lorsqu’elles passent à une vitesse proche de celle de la lumière : 299 792 458 mètres par seconde.

La version étendue de la théorie de la relativité stipule que la gravité n’est rien d’autre qu’une distorsion de l’espace-temps. Si une force suffisante est exercée, par exemple par la collision de trous noirs, des ondes sont même créées dans cet espace-temps.

C’est exactement le phénomène que Koekoek veut étudier avec le Télescope Einstein et dont il parle au Centre d’Éducation du Télescope Einstein (ETEC) à Kerkrade (NL). Mais comment expliquer la théorie de la relativité à des lycéens ?

« J’ai moi-même passé quelques années devant la classe », explique Koekoek à ses pairs. « Mais lorsque j’ai donné à ma classe l’introduction standard à la théorie de la relativité, un élève a répliqué. Pourquoi la vitesse de la lumière joue-t-elle un rôle aussi central dans la théorie de la relativité ? Et pourquoi les formules s’appliquent-elles également à des phénomènes qui n’impliquent pas la lumière ? Cet étudiant avait tout simplement raison : votre preuve doit être solide. Je me suis donc mis au travail pour rendre ce lien clair. Vous êtes partant ? »

Ce qui suit est un exposé rapide comme l’éclair. À l’aide d’éléments tels que des ballons et des animaux en peluche, Koekoek prouve que la théorie de la relativité ne tombe pas du ciel, mais qu’elle est déjà cachée dans la théorie du mouvement de Newton. Même le rôle central de la vitesse de la lumière, qu’Einstein a inclus dans sa théorie comme une hypothèse manuelle, peut être déduit d’autres lois naturelles avec un peu de calcul : « Vous voyez que l’univers doit avoir une vitesse maximale. Et vous pouvez le prouver avec des mathématiques de lycée ! Je partage mon travail pour que vous puissiez le prouver vous-même à vos élèves ».

Un exemple

Trop difficile pour la classe ? Au contraire, les participants à la journée des enseignants semblent inspirés. Les conférences et les visites de laboratoires leur ont fourni des exemples qu’ils peuvent utiliser en classe pour expliquer ce qu’il est possible de faire plus tard avec la physique. Le président de la journée, Gerrit Kroesen, est également satisfait. « Cet exposé était un défi, mais il a aussi magnifiquement montré la cohérence de la physique. C’est ce que vous pouvez transmettre à la prochaine génération ».

« Nous avons tous connu ce professeur qui a fait la différence », déclare Gerrit Kroesen, « c’est aussi comme cela que j’en suis arrivé à l’université. Si chaque participant à cette journée des enseignants apporte ne serait-ce qu’un exemple qu’il peut utiliser en classe pour inspirer les élèves avec la physique moderne, je serai satisfait. »

Centre d’éducation

Pour ceux qui souhaitent en savoir plus sur la théorie de la relativité, les ondes gravitationnelles et le télescope Einstein, il y a de bonnes nouvelles. Avec l’aide de Gideon Koekoek, le Discovery Museum de Kerkrade (NL) développe le nouveau Einstein Telescope Education Centre (ETEC), avec du matériel pédagogique pour les écoles secondaires. Il ouvrira ses portes après l’été 2024.