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Publié le 20 février 2011 | Physique

La relativité animée

Le professeur de physique Stéphane Durand est bien connu pour ses talents de vulgarisateur scientifique. Combien de conférences données dans les collèges ou universités? Combien d'apparitions remarquées sur les ondes de Radio-Canada (La tête ailleurs) ou de Télé-Québec (au magazine prestigieux Le code Chastenay) pour faire vivre les chocs fascinants de la science et de la physique fondamentale?

Le théoricien, également chercheur au Centre de recherches mathématiques de l'Université de Montréal, a obtenu en 2003-2004 un Prix du ministre de l'Éducation pour son ouvrage La relativité animée (Éditions Belin / Pour la science). Il poursuit ses efforts de vulgarisation en offrant un site Internet sur le sujet, pensé pour tous les intéressés, mais particulièrement pour les étudiants des cours de physique des ordres collégial et universitaire.

Le web : un prolongement naturel

Diffuser sur le Web a été une démarche naturelle pour moi, tout en continuité avec mes activités de conférencier. En effet, mes conférences étaient très « visuelles », et le Web est parfait pour cela!

Le site La relativité animée tente d'expliquer de façon visuelle et intuitive la théorie de la relativité d'Einstein.

Le site La relativité animée tente d'expliquer de façon visuelle et intuitive la théorie de la relativité d'Einstein. Il comprend beaucoup d'animations et même un module interactif. Pour moi, le web est l'une des meilleures façons de diffuser la science : gratuit, accessible de partout sur la planète, et multimédia.

Les animations du web

Le but du site est de tenter de faire comprendre des idées abstraites, comme l'espace-temps et la 4e dimension, qui dépassent les frontières de nos sens.

En fait, le site web est le prolongement de mon livre. L'édition papier m'avait déjà permis d'introduire une certaine interactivité dans ma présentation de la théorie d'Einstein. Le lecteur était invité à faire glisser une cache percée d'une fente sur des figures, ce qui produisait des animations dans l'ouverture! Mais il fallait suivre avec attention les instructions pour bien comprendre comment faire glisser la cache, et ce que l'on pouvait en retirer.

C'est beaucoup plus facile en visionnant les capsules vidéo du site, car les animations se font toutes seules! En plus, j'ai pu incorporer des animations 3D, ce qui était impossible dans le livre. Il y a aussi un module interactif sur le site. Et là aussi c'est plus facile, car les instructions sont encodées dans le module.

Il y a, sur le web, beaucoup d'animations en 2D et 3D qui illustrent des éléments de la physique appliquée. Moi ce qui m'intéresse, ce sont plutôt les idées les plus abstraites, les plus étonnantes et déroutantes de la physique.

Les formules révolutionnaires d'Einstein apprivoisées

Des idées apparemment insensées, comme celles du ralentissement du temps, sont des réalités vérifiées en laboratoire!

Ce sont ces idées que mes animations tentent de représenter; dans une approche qui va directement au but, au lieu de passer par l'approche historique habituelle qui est un peu longue et dépassée. Voici certains extraits des capsules vidéo du site.

1. Première idée : L'écoulement du temps peut ralentir.

Voici l'histoire des deux jumeaux qui permet d'aborder le phénomène du ralentissement du temps physique.

Le temps peut bel et bien ralentir! Par exemple, si on ne tenait pas compte de ce phénomène, le système GPS de positionnement par satellites ne pourrait pas fonctionner!

Le ralentissement du temps a aussi été vérifié sur la durée de vie de certaines particules. Grâce aux accélérateurs de particules, on a pu ralentir l'écoulement du temps de certaines particules et les faire vivre 30 fois plus longtemps! Le ralentissement du temps n'est pas de la science-fiction!

2. Deuxième idée : L'espace est relatif : la longueur des objets dépend de leur vitesse.

La simulation proposée permet d'illustrer le concept de la contraction des longueurs.

Et cette contraction n'est pas une illusion. Elle conduit à des effets concrets : un objet peut entrer dans une boite plus petite que lui!

L'explication :

Nous vivons dans un espace-temps à 4 dimensions. Autrement dit, il existe une 4e dimension imperceptible par nos sens!

Avec l'animation 3D, il est beaucoup plus facile de visualiser le phénomène de l'espace-temps appliqué à un corps en mouvement.

L'animation de la danseuse permet de comprendre le phénomène de l'espace-temps et du flux de notre évolution à travers lui. Notre monde perceptible, à un moment donné, correspond à ce que l'on voit sur le plan blanc. Au cours du temps, cette coupe évolue à travers l'espace-temps qui possède une dimension de plus. Nos sens ne perçoivent donc qu'une coupe d'une réalité plus vaste. (Ici, le nombre de dimensions de l'espace-temps est réduit à trois.)

Mon site fait le tour des idées de base de la relativité. J'espère pouvoir un jour l'étendre aux autres idées d'Einstein : espace courbe, trous noirs, univers parallèles, etc. Je suis persuadé que d'être confronté à de telles idées qui dépassent notre intuition et prolongent notre imagination est une façon captivante d'intéresser les étudiants à la science!

Partagez vos impressions sur le site et les initiatives de l'enseignant.

8 commentaire(s)

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    Laflamme Éric a écrit le 21 février 2011 à 9h01

    J’ai présenté les trois principales capsules vidéos du site en classe. Cela rend la compréhension intuitive, concrète et complémente les explications habituelles plus abstraites ou d’ordre mathématique. Dans le cours d'optique et de physique moderne, les animations sont utiles pour mieux visualiser le phénomène de la relativité et expliquer notamment la rotation dans l’espace-temps. Dans le cadre du cours d’électricité, elles m'ont été utiles lorsque j’ai abordé la question du champ magnétique, qui peut être vu comme un effet relativiste du champ électrique. Les étudiants ont apprécié. Ils ont mentionné la grande clarté des explications et dit avoir amélioré leur compréhension. J’encourage mes collègues de physique à explorer le site de Stéphane. Son travail s’ajoute à la grande collection d’animations et simulations que je tire du site d’Edumedia http://www.edumedia-sciences.com/fr/ auquel le cégep Édouard Montpetit s'est abonné cette année.

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    Serge Roy a écrit le 21 février 2011 à 14h18

    Ouvrir l'esprit à des dimensions qui dépassent notre compréhension de la réalité terre à terre et quotidienne, voilà une merveilleuse mission que Stéphane Durand remplit avec grâce et compétence. Eh oui, nous vivons dans un univers, qui même si la science nous en offre des explications de plus en plus précises et fantastiques reste pour beaucoup un mystère dont nous faisons partie. Ajouter aux explications rationnelles, cette capacité d'émerveillement proche de l'art voilà une des grandes forces de Stéphane Durand. Cette association de qualités est aussi partagée par Steve Michaud qui a rendu lumineuses ces idées savantes

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    Ariane Longpré-Lauzon a écrit le 21 février 2011 à 14h48

    Après avoir donné un premier cours d'introduction à la théorie de la relativité à mes étudiants du cours 'Ondes et physique moderne', je leur ai demandé d'aller explorer le site de la relativité animée de Stéphane Durand. Je leur ai suggéré d'écouter les capsules vidéo, d'aller consulter d'autres sources s'ils le désiraient, et de me faire ensuite un résumé de ce qu'ils comprenaient des conséquences de l'invariance de la vitesse de la lumière. Mes étudiants m'ont remis de très beaux textes qui ont guidé nos discussions en classe par la suite. Ils m'ont dit avoir beaucoup apprécié explorer à leur rythme le site imagé et original de Stéphane Durand... Quelques uns d'entre eux ont tellement apprécié qu'ils se sont déplacés pour assister à une conférence reliée à la relativité qu'il présentait à l'université de Montréal en janvier dernier! En résumé, mes étudiants et moi avons apprécié utiliser le site pour sa facilité d'approche et pour l'originalité de sa présentation. Chez mes étudiants, il a su stimuler la curiosité!

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    Jean Etienne Bergeron a écrit le 22 février 2011 à 10h36

    Intéressant ce site de M. Durand ! Depuis déjà quelques années, j’aborde en histoire la théorie de la relativité et quelques-unes de ses conséquences sur l’histoire du XXe siècle. Le site de M. Durand est un appui de taille dans la compréhension, mais surtout dans l’expérimentation de la 4e dimension. Après une introduction de la théorie et une visite guidée de son site (explication des modules), plusieurs de mes élèves (secondaire V) ont été en mesure d’appréhender cette réalité pour le moins contre-intuitive. Ce site est, selon moi, un pas dans la bonne direction en raison de son accessibilité, de son interactivité et de l’autonomie qu’elle procure à l’apprenant.

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    François Lizotte a écrit le 23 février 2011 à 12h09

    Merci pour ce récit. Je ne connaissais pas le travail de Stéphane Durand. J'ai presque envie d'aller faire mon troisième cours de physique à Édouard-Montpetit. ;-)

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    Nicole Perreault a écrit le 28 février 2011 à 9h58

    Bravo Stéphane pour ce site tellement intéressant qu'on peut presque dire qu'il s'adresse aux 7 à 77 ans. Ah si Hergé l'avait vu, quelle aventure de Tintin nous aurait-il concoctée !

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    Michel Vincent a écrit le 28 février 2011 à 10h47

    Ceux qui connaissent Stéphane Durand ne seront pas surpris par la qualité des capsules et aussi à quel point il est capable de vulgariser des notions qui nous paraissent habituellement trop abstraites pour y comprendre quoi que ce soit (du moins dans mon cas!). L'utilisation des animations et du module interactif permet, si c'est possible, de mieux saisir encore ces concepts. Je tiens à souligner ici le travail de Steve Michaud, notre technicien en arts graphiques, qui a su utiliser la force de Flash pour les réaliser. Voilà ce qui se produit quand professeurs et services informatiques travaillent de concert! Bravo!

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    Jacques Kerleroux a écrit le 10 avril 2011 à 8h19

    Bonjour, Je partage entièrement votre opinion sur la réalité du ralentissement de l'écoulement du temps et de la contraction des longueurs lorsque un référentiel se trouve en translation uniforme. En celà vous et moi nous démarquons de l'avis de l'immense majorité de la communauté scientifique, qui continue à affirmer que ces phénomènes seraient en réalité des illusions d'optique, réciproques d'un référentiel à l'autre, faisant intervenir la seule vitesse relative. Au contraire, en ce qui me concerne, à mon avis il n'y a pas de possibilité de construire la Relativité sans s'appuyer au départ sur une référence de vitesse nulle. Ce point pourrait être le point singulier du Big-bang. Partagez-vous cet avis ? Merci en tout cas de votre publication qui me démontre que je ne suis pas seul contre tous.

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