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Le professeur qui donne vie à la physique
Pendant quatre décennies au MIT, Walter Lewin a suscité l'enthousiasme des étudiants de premier cycle pour la physique. Aujourd'hui, ses conférences touchent des millions d'étudiants à travers le monde. 21 février 2012
Au cours des quatre dernières minutes, Walter Lewin a travaillé au tableau, déterminé à transmettre une pointe ou plutôt une série de petites pointes rapides, si rapprochées qu'elles ressemblent à une perforation. Le professeur émérite de physique de 76 ans démontre un phénomène curieux, bien que le sujet ne soit pas les lois de Newton ou les équations de Maxwell mais quelque chose sans doute plus déroutant.
L'idée est que la craie ne doit pas être trop courte, dit Lewin à son élève. Vous devez pousser sur la planche, et si vous ne poussez pas trop fort, elle sautera. Si vous allez un peu plus vite, alors vous êtes en affaires.
L'étudiant donne un autre coup littéral au tableau, essayant d'imiter la trajectoire rapide des points que Lewin est connu pour dessiner apparemment sans effort avec un balayage du bras, produisant un son semblable à un minuscule tir de mitrailleuse.
Comment il dessine ces lignes pointillées est une question que Lewin reçoit régulièrement de fans du monde entier. Chaque année, près de deux millions de personnes trouvent le professeur aux cheveux raides sur YouTube, iTunes U et OpenCourseWare du MIT, non seulement en train d'esquisser des équations, mais en se balançant d'un pendule, en fumant des poignées de cigarettes à la fois ou en sautant d'un bureau avec un gallon de jus de pomme, le tout pour prouver les principes de la physique.
Voir les vidéos de Walter Lewin enseignant, dessinant des lignes pointillées et donnant sa dernière conférence au MIT ici .
Pendant 43 ans, Lewin a enseigné jusqu'à 600 étudiants par semestre dans les trois cours d'introduction à la physique du MIT - 8.01, 8.02 et 8.03 - et a régulièrement reçu des critiques élogieuses. En 1999, l'Institut a commencé à filmer les 94 conférences des trois cours, et en 2004, OpenCourseWare a commencé à publier les vidéos, qui pouvaient être visionnées gratuitement par toute personne disposant d'une connexion Internet. Les conférences se sont rapidement étendues à YouTube, iTunes U et Academic Earth, et en 2007, le New York Times eu vent du trafic, présentant le professeur de physique dans un article en première page comme une star internationale du Web.
La boîte de réception d'une star du Web
Depuis que ses vidéos ont été mises en ligne, Lewin a reçu des milliers de lettres et d'e-mails d'admirateurs partout sur Internet, y compris Bill Gates, qui a visionné ses conférences, bien plus d'une fois. J'ai eu d'excellents professeurs quand j'étais enfant, mais j'aurais aimé qu'il y en ait plus comme Lewin, écrit Gates dans une critique du nouveau livre de Lewin, Pour l'amour de la physique : de la fin de l'arc-en-ciel au bord du temps : un voyage à travers les merveilles de la physique .
Chaque jour, deux à trois douzaines d'e-mails arrivent dans la boîte de réception de Lewin, beaucoup de fans ayant des questions liées à la physique. Le plus souvent, les gens écrivent pour le remercier d'avoir changé leur vision de la physique et du monde. Lewin se fait un devoir de répondre à chaque e-mail. Il remercie ses étudiants en ligne et renvoie des explications méticuleuses aux questions de physique, souvent quelques minutes après les avoir reçues. Il n'hésite pas à proposer des suggestions de matériel supplémentaire, et une fois, il a même envoyé 18 livres de physique en réponse à l'appel d'un garçon issu d'une famille pauvre et aux prises avec une déficience auditive. Le garçon avait regardé les vidéos de Lewin et avait dit au professeur qu'elles avaient changé sa vie et qu'il avait sorti des livres de la benne à ordures pour l'aider dans sa quête pour devenir médecin. Tu m'as fait aimer la physique, a-t-il écrit. Je crois maintenant que j'ai une chance dans la vie.
Sur son ordinateur personnel, Lewin conserve un fichier spécial d'e-mails qui ont eu une signification particulière pour lui au fil des ans. Le document fait plus de 700 pages, mais il ne représente qu'une petite partie, dit-il, du courrier des fans qu'il a reçu.
Certaines personnes espèrent rencontrer Lewin un jour, et beaucoup font le voyage au MIT dans l'espoir de le rencontrer en personne. Une fois, il a accepté une invitation à rendre visite à un admirateur à Seattle. Steve Johnson, alors responsable technique de flotte chez Boeing, a offert au professeur un tour gratuit sur le simulateur de vol 767 de l'entreprise.
Johnson se souvient : Ma partie préférée du vol était quand il a crié : « Steven, c'est impossible ! Je ressens la sensation d'accélération, pourtant je sais que ce simulateur ne bouge pas. » Tout ce que j'avais à faire était de fournir une explication une fois… un signe qu'il était un élève brillant.
Alors que Johnson a eu l'occasion rare de rencontrer le professeur chez lui, d'autres téléspectateurs se contentent simplement de le regarder sur la Toile. Une fille de 13 ans de Chennai, en Inde, a reflété le sentiment de beaucoup dans un e-mail à Lewin en 2006 : je ne me sens pas « exclue » parce que je ne suis pas dans l'une des meilleures écoles. « Le meilleur » des enseignants est chez moi.
Joindre les points
Lorsque les fans demandent le secret de ses lignes pointillées, Lewin les invite simplement dans sa classe pour une démonstration en personne, le seul moyen infaillible de faire passer le message. En fait, il affirme qu'il peut enseigner le truc à n'importe qui en cinq minutes ou moins.
De retour dans son bureau, il récupère la craie de son élève.
Puis-je l'essayer et voir ce que je fais différemment ? demande Lewin. Vous devez le sentir dans vos doigts et le laisser sauter de la planche.
Après la démonstration de Lewin, l'étudiant reprend à contrecœur la craie. Et si elle ne l'obtient jamais ? Et si la craie refusait de sauter ? Mais il insiste, l'encourageant à réessayer. Après près de cinq minutes, la craie saute.
L'étudiant - cet écrivain - doit admettre que le premier saut était presque grisant, comme un coup d'espresso, ou de joie. L'effort déployé par Lewin pour démontrer et expliquer était peut-être disproportionné par rapport à la trivialité de l'exercice, mais pour lui, le gain – ce moment électrique de compréhension – en vaut la peine.
Lewin a appliqué la même énergie et les mêmes efforts à l'enseignement de la physique, visant à inculquer une compréhension viscérale et durable à ses étudiants. Dans sa dernière conférence 8.01, il leur a souvent dit que même s'ils oublieraient très probablement la troisième loi de Kepler (bien qu'il l'espérait, pas avant l'examen final), ils se souviendraient probablement que la physique peut être très excitante et belle… si seulement vous avez appris à le voir et à apprécier la beauté.
Voir les leçons
Walter H. G. Lewin est né le 29 janvier 1936 aux Pays-Bas et a grandi au milieu des bouleversements de la Seconde Guerre mondiale. En 1940, l'Allemagne a pris le contrôle des Pays-Bas et a déporté des masses de citoyens néerlandais vers des camps de concentration. De nombreux membres de la famille de Lewin ont été capturés et envoyés dans les chambres à gaz, un fait qu'il a encore du mal à envisager. Dans son livre, il note que son père, qui était juif, faisait face à des restrictions croissantes de la part des nazis : il a été interdit de transports en commun, de parcs publics et même de ses restaurants préférés. Le cimetière était l'un des rares endroits qu'il était autorisé à fréquenter. Un jour, se souvient Lewin, son père a tout simplement disparu, afin de protéger sa famille d'un examen plus approfondi par les nazis.
Walter Sr. est revenu en 1944 et la famille a continué à gérer la petite école que ses parents avaient commencée avant la guerre. L'école proposait la dactylographie et la sténographie, et lorsqu'il était à l'université, Lewin l'a aidé en tant qu'instructeur.
C'est l'art, cependant, qui a d'abord déclenché son amour de l'enseignement. Il a absorbé une appréciation précoce de l'art de ses parents, qui possédaient une vaste collection de peintures. (L'un de ses favoris était un portrait de son père qui est maintenant suspendu au-dessus de sa cheminée à Cambridge. Ce sont ses lunettes qui se démarquent vraiment : épaisses, noires, dessinant des yeux invisibles, elles vous suivent dans la pièce, tandis que son sourcil gauche s'arquant d'un air interrogateur le cadre, écrit Lewin dans son livre. C'était toute sa personnalité : pénétrant.)
La physique fonctionne ! Walter Lewin prépare son auditoire pour une démonstration qu'il s'apprête à faire lors de son dernier cours de physique au MIT.
Lewin se souvient avoir donné sa première conférence, à ses camarades de lycée, quand il avait 15 ans : une présentation sur Vincent van Gogh qu'il a donnée pour un devoir de classe. Cela a dû être affreux, se souvient-il, car à cet âge-là, je ne faisais que regarder de l'art, pas de l'art.
Il établira plus tard cette distinction – regarder versus voir – dans ses cours de physique, exhortant les étudiants à vraiment voir, par exemple, que la physique explique l'ordre des couleurs dans un arc-en-ciel.
Tous mes étudiants savent que le rouge est à l'extérieur et le bleu à l'intérieur, et que l'arc secondaire est inversé, dit Lewin. Et chaque fois qu'ils voient un arc-en-ciel, ils le vérifieront, parce que je leur ai appris à voir.
La route de l'amphithéâtre
En 1965, Lewin a obtenu un doctorat en physique nucléaire à l'Université de technologie de Delft, où il a enseigné le jour et effectué des recherches la nuit. Il a maintenu un horaire implacable de 80 heures par semaine afin de faire d'une pierre trois coups : en enseignant pendant cinq ans, il a pu rembourser ses prêts, éviter de servir dans l'armée et obtenir son diplôme.
Après l'obtention de son diplôme, Lewin a reçu une invitation cruciale de Bruno Rossi, un pionnier de l'astronomie aux rayons X, à venir au MIT et à travailler dans le domaine émergent. Une fois sur le campus, il a rejoint une équipe de chercheurs analysant les données des ballons météo à la recherche de sources de rayons X, preuves de galaxies lointaines. Six mois après avoir mis le pied sur le campus, le MIT a offert à Lewin un poste de professeur et, comme il aime à le dire, il n'est jamais parti.
Lewin s'est plongé avec enthousiasme dans l'astronomie aux rayons X à l'Institut. En 1972, il a orchestré le lancement du plus grand ballon météorologique du monde en Australie, envoyant un télescope à rayons X à une altitude d'environ 45 000 mètres pour mesurer les rayons X de haute énergie provenant de l'espace. Peu de temps après avoir rejoint la faculté, Lewin a également suivi les trois cours de base en physique, donnant des conférences à des centaines d'étudiants de premier cycle dans la plus grande salle de conférence du MIT, 26-100. Avec ses cheveux volants et son penchant pour les grandes épingles colorées, il était d'abord une curiosité, puis un éternel favori parmi les étudiants de premier cycle, qui assistaient aux conférences de Lewin en grande partie pour ses démonstrations élaborées et apparemment improvisées.
Dans n'importe quel cours, les étudiants ont trouvé le professeur en équilibre sur une échelle alors qu'il aspirait une paille de cinq mètres de long pour démontrer la pression hydrostatique ; ou traverser la scène en trombe sur un tricycle alimenté par un extincteur ; ou donner un coup ludique à un étudiant avec une fourrure de chat pour créer une charge électrique.
Ces cours avaient peut-être un air d'aisance et d'improvisation, mais Lewin a pris grand soin d'assembler chaque conférence. Il s'est assuré de poser les bases et de mettre en contexte, mêlant équations et démonstrations. Chaque conférence était rythmée d'une manière rappelant le théâtre, avec une accumulation, un point culminant et un dénouement.
Je peux faire rire les élèves et je peux les faire pleurer, dit-il. Je peux les faire asseoir sur le bord de leurs sièges, et je peux les faire arrêter de respirer… Je peux monter jusqu'à un drame et une tension presque insupportables.
La physique fonctionne ! Walter Lewin démontre que la période d'un pendule est indépendante de la masse suspendue au pendule.
Pour y parvenir, Lewin passait généralement de 40 à 50 heures à préparer chaque conférence, répétant la production de 50 minutes deux ou trois fois, la dernière le matin du cours. Ses notes de cours, qui sont conservées et fièrement affichées dans une série de classeurs sur les étagères de son bureau, révèlent un désir intense de précision et de drame.
Par exemple, Lewin a marqué ses notes écrites à des intervalles de cinq minutes et a utilisé une grande horloge sur scène pour s'assurer qu'il était sur la bonne voie. Il a également fait des croquis du panneau lumineux dans le hall, en coloriant les boutons à appuyer à des points particuliers tout au long de la conférence. De cette façon, dit-il, pas une seconde n'a été perdue pour la logistique.
Walter était à moitié discours à la craie, à moitié démo et théâtre total, explique Craig Milanesi, directeur de la production vidéo au MIT. Il était aussi très précis et exigeant, comme la science.
Au milieu des années 1980, Milanesi a dirigé Lewin dans une série de sessions d'aide vidéo, que le professeur a conçues en complément de ses cours de physique. Les sessions se sont déroulées toutes les heures sur la chaîne câblée du MIT, et les étudiants se sont réunis dans des dortoirs pour regarder, souvent juste pour le plaisir. Assis à un bureau, Lewin parlait franchement devant la caméra, parsemant son discours de croquis, de démonstrations et d'histoires personnelles. Et tout comme ses conférences en direct, les sessions étaient chronométrées à la seconde près.
Il pourrait vous dire : « J'avais 30 secondes de retard » ou « J'ai couru avec une minute d'avance », se souvient Milanesi. Il était intense, direct, un perfectionniste.
Devenir mondial
En 1999, grâce aux efforts du professeur Richard Larson, le département de physique a obtenu des fonds pour filmer les conférences de Lewin. Milanesi et le vidéaste Tom White faisaient partie de l'équipe qui a accompli la tâche au cours des prochaines années.
Nous avons eu un bon rythme, dit White. Parce que Walter était tellement préparé avec ses conférences, c'était juste chorégraphié comme une pièce de danse.
Plusieurs années plus tard, lorsque les vidéos sont devenues mondiales via OpenCourseWare, White, que l'on peut voir utiliser la caméra portable dans certaines images, ressentirait les effets d'entraînement de la renommée de Lewin.
Je suis allé à une bar-mitsva et un enseignant de Chicago m'a demandé ce que je faisais, se souvient White. J'ai dit : « Je travaille au MIT », et il a dit : « Oh, j'utilise ces cassettes de Walter Lewin », et j'ai dit : « Je travaille là-dessus ! » et il a dit : « Chéri ! Il travaille avec Walter Lewin !
En fait, de nombreux enseignants ont écrit à Lewin au fil des ans pour le remercier de ses vidéos, qu'ils utilisent ou auxquelles ils se réfèrent dans leur propre enseignement. Ils sont également souvent utilisés dans des contextes moins formels. Kristen McIntyre '80, ingénieur logiciel senior chez Apple, les a utilisées pour aider son fils adolescent à voir le monde avec la joie et l'émerveillement d'un scientifique, mettant souvent la vidéo en pause pour donner une explication plus détaillée ou pour renforcer un point. J'ai de bons souvenirs de m'être arrêté, par exemple, pour expliquer les gyroscopes, et nous nous sommes tous les deux fait des signes du doigt de la règle de la main droite pendant que nous y travaillions, dit-elle. Cela a vraiment fait la différence pour lui dans ses cours de physique au lycée et au collège, dans lesquels il a tous reçu À s. J'ai littéralement des centaines de pages de diagrammes et de problèmes résolus, qui ont tous été catalysés par ces conférences 8.01. Aujourd'hui, McIntyre conserve la plupart des conférences de Lewin sur son iPad. Je les regarde chaque fois que je suis d'humeur pour une escapade vraiment amusante à 8.01 ou 8.02, dit-elle.
La physique fonctionne ! Lewin fume plusieurs cigarettes à la fois pour démontrer la diffusion de Rayleigh, la diffusion de la lumière par des particules beaucoup plus petites que la longueur d'onde de la lumière. Lorsqu'il exhale de la fumée au-dessus d'une source lumineuse non polarisée, les particules extrêmement fines dispersent la lumière, faisant apparaître la fumée bleue.
Le style décomplexé de Lewin a également eu un impact sur ses pairs du MIT. Donald Sadoway, un conférencier populaire et professeur de chimie des matériaux, lui attribue le mérite d'avoir aidé à développer son propre style d'enseignement dans une école qui a tendance à privilégier la recherche, et non l'enseignement. Du point de vue de Sadoway, les professeurs des universités de recherche peuvent ressentir qu'ils doivent être sérieux pour être perçus comme professionnels - une pression qui, selon lui, est orthogonale à la notion de révélation de la véritable personnalité de l'individu.
Les très bons conférenciers à un certain niveau sont des personnalités excentriques à leur manière, dit Sadoway. Les conférences de Lewin m'ont donné la confiance nécessaire pour développer mes conférences, ne pas reculer, me mettre en avant, sachant que Walter fait exactement la même chose à sa manière.
Lewin a rarement, voire jamais, été connu pour se retenir, que ce soit dans ou hors de la salle de conférence. Par exemple, il s'arrête souvent aux fontaines par une journée ensoleillée pour montrer des arcs-en-ciel aux passants. Je suis sûr que certains d'entre eux pensent que je suis bizarre, écrit-il dans son livre. Mais en ce qui me concerne, pourquoi serais-je le seul à profiter de ces merveilles cachées ?
Joseph Goldbeck '07, qui a pris 8.03 avec Lewin, se souvient d'un autre exemple de cette impulsion à éduquer. En 2005, il est allé voir Lewin lors d'un événement sur le campus Hillel et s'est présenté comme un ancien étudiant. Lewin a demandé si Goldbeck portait un réseau de diffraction, une lame en plastique qui divise la lumière en différentes longueurs d'onde, rendant toutes les couleurs d'un faisceau visibles. Goldbeck a sorti une grille de son sac à dos, où il l'avait gardée depuis le cours de Lewin. Le professeur le tint à la lumière pendant un moment et fouilla dans sa poche pour prendre la sienne. Il a dit: 'Celui-ci n'est pas bon', se souvient Goldbeck. « Tiens, prends le mien, c'est le meilleur du lot. »
Goldbeck a porté le réseau de Lewin pendant des années et l'a souvent pêché chaque fois qu'il rencontrait une source de lumière intéressante. Je pense qu'il se sentait avec un meilleur réseau, j'apprécierais davantage la physique de la lumière dans ma vie, dit-il.
Au-delà de 26-100
Bien que Lewin soit devenu émérite et ait pris sa retraite de l'enseignement en 2009, il vient toujours à son bureau sur le campus deux fois par semaine pour ouvrir son courrier, discuter de recherches, lire de la littérature et rencontrer des admirateurs qui veulent lui serrer la main. Il reçoit régulièrement des demandes de parole dans le monde entier et a récemment accepté des invitations à donner des conférences en Corée du Sud, à Washington, D.C. et aux Pays-Bas.
Lewin accepte également les demandes d'amis sur Facebook, mais non sans faire sa propre demande. Pendant des années, il a organisé un concours d'art hebdomadaire à l'extérieur de son bureau du MIT, mettant les étudiants au défi de deviner qui avait créé une certaine œuvre et quand. Maintenant, il publie 30 à 50 des plus de 250 œuvres qu'il a présentées au fil des ans et demande à des amis Facebook potentiels de les identifier. Moins de 50 personnes ont réussi le test.
Une visite récente à son bureau a trouvé Lewin en plein déménagement. Après avoir gardé le même bureau pendant plus de 40 ans, il déménageait dans un plus petit au bout du couloir, emballant les nombreux tableaux, manuels et souvenirs qu'il avait accumulés au fil des ans. Ses classeurs, contenant les notes de chacune de ses 103 conférences enregistrées sur vidéo (dont certaines qu'il a faites pour les enfants et une qu'il a donnée à l'Université de Delft), avaient déjà été déplacés vers le nouvel espace.
Le 16 mai 2011, Lewin a célébré la sortie de son livre en reprenant ses notes pour donner une dernière conférence en 26-100. La salle était remplie au-delà de sa capacité d'étudiants actuels et anciens, de professeurs et de fans. Pour Lewin, cette dernière conférence, sur plus de 800 qu'il a données dans la salle, a été un effet doux-amer.
Vous savez que vous les avez entre vos mains, dit-il. Vous savez que vous pourriez faire tout ce que vous vouliez avec eux. Vous savez aussi d'une certaine manière que c'est la dernière fois que vous ferez cela. Alors vous savez que cela touche à sa fin. C'est très émouvant pour moi. Mais la beauté est que deux millions de personnes me regardent chaque année. Et cela ne fera qu'augmenter.