Familie Fasel fragt: Kann künstliche Intelligenz schlauer als der Mensch sein?

Liebe Familie Fasel

Das ist eine sehr tiefe und wichtige Frage, die uns Forscher_innen immer noch beschäftigt. Sagen wir doch zuerst, was wir mit Intelligenz meinen. Wenn wir von Intelligenz reden, meinen wir, dass eine Person die Fähigkeit hat, Probleme zu lösen und aus Erfahrungen zu lernen. Für sich genommen sind dies Eigenschaften, die eine Künstliche Intelligenz (KI) auch erfüllt. Beispielsweise gibt es schon heute eine KI, die besser Schach spielt als der Mensch. Es gibt auch bereits einige KIs, die schwierige Rechenaufgaben schneller und sorgfältiger als Menschen lösen. Und nicht zuletzt gibt es auch KIs, die grosse Mengen an Informationen viel schneller als jeder Mensch verarbeiten können, zum Beispiel, wenn es um Suchergebnisse im Internet geht.

In bestimmten Bereichen gibt es daher schon heute KIs, die schlauer als wir Menschen sind. Aber vielleicht sollte man eher sagen, dass diese KIs in ihren Aufgaben besser als Menschen sind. Das macht sie aber nicht unbedingt schlauer, denn zu Intelligenz gehört ja auch die Fähigkeit, neue Informationen zu verarbeiten und sich daran anzupassen. Eine KI, die sehr gut Schach spielt, kann beispielsweise nicht auch noch gut rechnen. Im Gebiet des «Maschinellen Lernens» sind wir Forscher_innen sehr daran interessiert, immer bessere KIs zu bauen. Ob einige davon aber wirklich intelligent sind oder sein werden, das heisst, ob sie auch die Fähigkeit haben, sich an neue Situationen anzupassen, ist eine strittige Frage. Heute sieht es noch nicht danach aus, denn Intelligenz ist ein sehr kompliziertes Thema. Wenn wir in die Zukunft schauen, wird es wohl schon irgendwann KIs geben, die intelligenter als wir Menschen sein könnten. Es ist allerdings noch nicht absehbar, wann dies erfolgen wird. Trotz der grossen und tollen Fortschritte, die wir in viele Gebieten machen, scheint «echte» Künstliche Intelligenz noch sehr weit entfernt.

Angesichts von Anbietern wie OpenAI (ChatGPT) sollten wir vielleicht noch kurz über die sogenannten «Large Language Models» (grosse Sprachmodelle) reden. Diese Modelle sind sehr gut darin, eine Konversation mit Menschen zu führen und Fragen zu beantworten. Sie mögen daher sehr «intelligent» erscheinen, aber wir sollten uns darüber im Klaren sein, dass diese Modelle – trotz aller technischen Feinheiten – noch nicht in der Lage sind, frei zu denken, wie ein Mensch das tun kann. Stattdessen sind solche Modelle darauf trainiert, möglichst wohlklingende Antworten zu geben. Im Gegensatz zum Menschen haben sie jedoch keine Vorstellung davon, was «wahr» oder «richtig» ist. Stattdessen geben sie nur das wieder, was in den Daten steckt. Ob richtig oder falsch, spielt dabei leider gar keine Rolle. Da sind wir Menschen hoffentlich anders.

Liebe Grüsse,

Bastian Grossenbacher-Rieck

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• Informatikdepartement

Materialien sind undurchsichtig, wenn sie auftreffendes Licht absorbieren, wie die meisten Materialien, und durchsichtig, wenn sie das Licht passieren lassen, wie Glas oder Wasser. Um das besser zu verstehen, muss man Folgendes wissen:

Licht besteht aus vielen wellenartigen Strahlen. Wellen kennen wir am besten von Flüssigkeiten, zum Beispiel Wasserwellen, die am Meer gegen das Ufer rollen. Die Stellen, an denen das Wasser am höchsten ist, nennt man Wellenberge und der Abstand zwischen zwei benachbarten Wellenbergen ist die Wellenlänge. Bei Lichtstrahlen ist das genauso, aber die Wellenlängen von Lichtstrahlen sind sehr viel kleiner. Die Farbe des Lichts hängt von seiner Wellenlänge ab: violettes Licht hat die kürzesten, rotes Licht die längsten Wellen. Weisses Licht besteht aus ganz vielen Wellen, die verschiedene Wellenlängen haben. Ein Regenbogen oder ein Prisma können diese verschiedenen Wellen trennen und nach Farbe sortieren.

Die akkurate Skizze von Lena

Zurück zu den Materialien
Verschiedene Materialien bestehen aus verschiedenen Atomen – das sind die Bausteine, aus denen Stoffe bestehen. Die Atome bestehen wiederum aus Kernen, um welche Elektronen kreisen. Zwischen den Elektronen gibt es etwas Platz, durch den sich auftreffende Lichtwellen schlängeln wollen. Bei vielen Materialien klappt das nicht: der Platz zwischen den Elektronen ist zu klein, die Lichtwellen treffen deshalb auf die Elektronen und diese stoppen die Wellen. Die Energie der Lichtwellen geht dabei auf die Elektronen über und wird dann in Wärme umgewandelt. Deshalb ist ein schwarzer Strassenbelag undurchsichtig und wird in der Sonne heiss: er absorbiert Licht aller Wellenlängen und wandelt die Energie in Wärme um.

Bei Glas ist das anders
Glas besteht aus Atomen, die es zulassen, dass sich die Lichtstrahlen um die Elektronen schlängeln. Deshalb ist Glas für sichtbares Licht durchlässig.  Ausser man gibt absichtlich bestimmte Atomsorten ins Glas, die Wellen einer bestimmten Farbe absorbieren. So macht man farbiges Glas, zum Beispiel für Flaschen. Diese lassen viele, aber nicht alle Lichtwellen durch.

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Du haut de ses huit ans, Lena souhaiterait savoir pourquoi l’eau de mer est salée alors que l’eau des lacs ne l’est pas. Nos expert·e·s du Département de géosciences, Nicole Clerx, Eric Pohl, Mathilde Fautras et Rony Emmenegger ont potassé une réponse qui ne manque pas de sel !
L’histoire de la mer salée commence par la question de l’origine du sel. Les sels sont contenus dans de nombreuses roches, par exemple dans les roches des montagnes. Si l’eau a un goût salé, c’est parce que les sels sont solubles dans l’eau: ils sont invisibles, mais bien présents dans le liquide. Cela signifie que lorsqu’il pleut et que l’eau s’écoule sur les roches, le sel se dissout et est transporté avec l’eau. Il se passe la même chose quand on fait cuire des pâtes: on jette une pincée de sel dans l’eau des pâtes et le sel «disparaît» (en fait, il se dissout dans l’eau). On peut facilement le vérifier en goûtant l’eau (attention, pour ne pas se brûler il faut laisser refroidir l’eau avant). Plus il y a de sel dissous dans l’eau, plus l’eau est salée. Cependant, la plupart du temps, les sels sont présents en très petites quantités dans la nature. C’est pourquoi l’eau des rivières et des lacs (les rivières transportent l’eau vers les lacs) ne nous semble pas salée. En réalité, elle est également salée, mais si peu que nous ne pouvons pas nous en rendre compte simplement en la goûtant. On peut également vérifier cela en mettant un seul grain de sel dans un verre d’eau au lieu d’une pincée entière de sel: le sel se dissout, mais l’eau ne semble pas avoir un goût plus salé qu’auparavant.

L’évaporation entre en action
A la surface de la Terre, l’eau faiblement salée de nos lacs et nos rivières finit par rejoindre la mer en aval. La mer reçoit donc continuellement de l’eau et du sel. En principe, l’eau de mer devrait être aussi salée que les rivières et les lacs, pourtant elle ne l’est pas: elle est plus salée qu’en amont. Pourquoi? Ceci est dû à un processus appelé évaporation et au fait que nos mers sont très, très, très anciennes. L’évaporation signifie que l’eau passe de la forme liquide à l’état gazeux (sous forme de vapeur d’eau). C’est également ce qui se passe lors de la cuisson dans une casserole: l’eau s’évapore dans l’atmosphère et le volume d’eau de la casserole diminue. Il y a alors autant de sel, mais moins d’eau qu’avant. En effet, lors de l’évaporation, seule l’eau s’évapore, pas le sel. Le sel reste dans la mer. On peut le vérifier en mettant une cuillère de sel dans un verre et en ajoutant juste assez d’eau chaude pour dissoudre tout le sel. Si l’on laisse ensuite le verre de côté pendant plusieurs jours, on peut voir d’une part que le volume d’eau diminue (car celle-ci s’évapore) et d’autre part que le bord du verre devient blanc: c’est le sel qui est retenu sous forme solide. Il faut savoir que les mers sont très, très, très anciennes. C’est pourquoi beaucoup, beaucoup, beaucoup d’eau s’est déjà évaporée des mers au cours de leur vie.

Les mers n’ont pas le même goût que les lacs
Dans l’exemple du verre d’eau et d’un seul grain de sel, on observerait également l’évaporation. Le sel reste lorsque toute l’eau s’est évaporée. Si l’on grattait le sel restant, on obtiendrait à nouveau exactement la quantité de sel du grain de sel. Cela se produit aussi bien dans les lacs que dans la mer. La grande différence est que l’eau du lac continue à s’écouler en aval (en direction de la mer), alors que l’eau de la mer ne s’écoule pas plus loin – la mer est le terminus pour l’eau sous sa forme liquide. C’est pourquoi il y a de plus en plus de sel dans la mer. Mais le volume d’eau n’augmente pas, car celle-ci s’évapore, est transportée par les vents sous forme de vapeur d’eau, se transforme en nuages et tombe en pluie quelque part, par exemple dans les montagnes. Là, elle dissout à nouveau le sel des roches, le transporte à travers les rivières et les lacs (dans lesquels nous ne pouvons pas sentir les faibles quantités de sel), jusqu’à la mer. Comme nos mers sont très, très vieilles (parfois des centaines de millions d’années), le sel s’y est accumulé en grande quantité et le goût salé y est beaucoup plus facile à sentir.

Il est intéressant de noter qu’il existe des mers jeunes et des mers anciennes, et que les plus jeunes ont effectivement un goût moins salé. La mer Baltique, par exemple, a un goût nettement moins salé que la mer du Nord (Atlantique) qui existe depuis plus longtemps. Et les mers qui ne reçoivent plus d’eau de fleuves (comme la mer Morte) ne font que s’évaporer: le sel présent ne’est donc plus dilué par un apport d’eau douce. Ces eaux marines sont alors encore bien plus salées que celles de l’océan Atlantique ou Pacifique.

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Matthias Grünert, qu’est-ce qui vous passionne dans le rétho-romanche au point de l’enseigner à l’Université de Fribourg et même à des enfants?
Le romanche est une langue dynamique qui accueille les influences provenant de ses «voisins forts» entre lesquels elle est coincée, tout en restant porteuse d’une identité régionale propre. Pour moi, comme linguiste, la grande variation dans l’espace romanche, ainsi que les discussions sur la promotion du romanche et la gestion du plurilinguisme dans les Grisons sont fascinantes.

Les enfants savent-ils que c’est la quatrième langue nationale?
Les enfants savent que le romanche est ancré en Suisse. Le fait d’être reconnu comme langue nationale a une portée symbolique, mais confère aussi un certain prestige à cette langue parlée par un groupe plus restreint que différentes langues non nationales (bien présentes, d’ailleurs, dans notre public d’enfants).

Qu’est-ce qui les intéresse dans le romanche?
Les enfants ont pu approcher une nouvelle langue dont elles et ils ont réussi à comprendre pas mal de mots en découvrant des ressemblances avec d’autres langues.

Qui étudie encore le romanche de nos jours, langue parlée par seulement 0,5 % de la population suisse?
Les futur·e·s enseignant·e·s des écoles grisonnes, celles et ceux qui veulent travailler dans les médias romanches, dans les organisations et les sections de l’administration impliquées dans la promotion de la langue, dans des projets de recherche linguistique… les débouchés sont nombreux !

A quoi ça sert?
L’enseignement et les recherches menées par les universités font partie de l’ancrage institutionnel du romanche. Le romanche a sa place dans le système scolaire des Grisons, dans les médias régionaux et dans l’administration. Pour ces domaines, les compétences transmises par les universités sont importantes.

Si j’apprends le romanche et que je le parle, même mal, dans les Grisons, me répondra-t-on en romanche ou en suisse-allemand?
L’effort de parler le romanche est, bien sûr, récompensé dans les échanges avec les Romanches. Mais étant donné que les Romanches sont plurilingues, il faut avoir une certaine fluidité pour pouvoir maintenir la langue dans une conversation prolongée.

Le romanche va-t-il survivre au XXIe siècle?
Sans doute! Les données statistiques récentes nous disent que la proportion des jeunes parmi les romanchophones n’est pas très éloignée de la proportion du même groupe d’âge dans l’ensemble de la population. Actuellement, il y a donc toujours une base pour transmettre la langue aux générations futures.

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Diesmal haben wir etwas für Sci-Fi-Fans. Die Frage ist berechtigt: Warum altert man nicht, wenn man mit Lichtgeschwindigkeit fährt?

Es ist richtig, dass Lichtteilchen (Photonen) nicht altern, eben weil sie sich im leeren Raum mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen.

Im Jahr 1905 hatte Albert Einstein, der damals in Bern als Experte im Patentamt arbeitete, eine fundamentale Einsicht: Wenn Beobachter_innen, die sich mit verschiedenen Geschwindigkeiten bewegen, die Geschwindigkeit eines Lichtstrahls messen, so werden sie alle exakt den gleichen Wert erhalten, nämlich c = 299 792.458 km/s. Man bezeichnet dies als das Prinzip von der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit. Dieses Prinzip klingt für uns ungewohnt, weil es für Geschwindigkeiten, die kleiner sind als jene des Lichts, nicht gilt. So wird ein Fussgänger, der sich auf ein Fahrrad zubewegt, eine grössere Geschwindigkeit des Fahrrads messen als ein Fussgänger, der sich in der gleichen Richtung bewegt wie dieses.

Die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit hat, wie Einstein gezeigt hat, einschneidende Konsequenzen für unser physikalisches Weltbild. Insbesondere müssen wir die Vorstellung einer absoluten Zeit, die im ganzen Kosmos gleichmässig verläuft, aufgeben. Die Zeit ist nicht absolut, sondern bewegte Uhren gehen langsamer als ruhende. Dieses Phänomen, das man als Zeitdilatation bezeichnet, betrifft alle physikalischen Abläufe, also auch die Alterungsprozesse unseres Körpers. Dazu gibt es ein bekanntes Gedankenexperiment: Stellen wir uns zwei Personen vor, die das gleiche Alter haben, z.B. Zwillinge. Der eine Zwilling besteigt eine Superrakete, die sich mit 99% der Lichtgeschwindigkeit im Weltraum bewegt. Er unternimmt in der Superrakete eine Reise, die aus seiner Sicht 5 Jahre dauert. Wenn er auf die Erde zurückkehrt, wird der Reisende also 5 Jahre älter sein. Der Zwilling, welcher auf der Erde verblieben ist, wird hingegen, wenn sich die Zwillinge nach der Reise treffen, um 35 Jahre gealtert sein!

Dieses sog. Zwillingsparadoxen wurde in den 70er Jahren des vergangenen Jahrhunderts experimentell bestätigt, als erstmals genügend präzise Uhren, sog. Atomuhren, zur Verfügung standen. Zwei Atomuhren wurden synchronisiert. Hernach umkreiste eine der Atomuhren in einem Flugzeug die Erde. Als nach dem Flug die Zeitangaben der Uhren verglichen wurden, stelle man fest, dass die Uhr aus dem Flugzeug einige Nanosekunden zurücklag, eine Zeitdifferenz, die genau Einsteins Voraussage entsprach. (Die Auswertung des Experiments war kompliziert, weil auch der Einfluss der Erdgravitation berücksichtigt werden musste. Einstein hat gezeigt, dass auch die Schwerkraft zu einer Zeitdilatation führt.) Die Zeitdilatation ist heutzutage sehr gut bestätigt und wird beispielsweise bei der GPS-Positionsbestimmung berücksichtigt.

Lichtteilchen (Photonen) bewegen sich mit der höchstmöglichen Geschwindigkeit c und stellen daher den Grenzfall dar: für sie vergeht gar keine Zeit. Sie können sich aber nur so schnell bewegen, weil sie keine Masse haben. Massive Objekte, wie wir es sind, können nicht auf Lichtgeschwindigkeit bewegt werden, weil das unendlich viel Energie benötigen würde. So bleibt uns der Traum der ewigen Jugend verbaut!

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Oui et, comme les humains, elles cessent aussi de grandir. Toutes les montagnes ont grandi à un moment donné – même si certaines d’entre elles ne grandissent plus aujourd’hui. Comment ont-elles grandi? Pour répondre à cette question, nous devons nous rendre au centre de la Terre, là où notre planète est la plus chaude. Peut-être connaissez-vous une lampe à lave, où des gouttes chaudes (comme la lave) se déplacent du bas de la lampe vers le haut. De même, la roche en fusion au centre de la Terre se déplace vers la surface de la planète. Lorsque cette roche en fusion s’approche de la surface de la Terre, elle ouvre la surface terrestre existante (croûte). Cela se produit principalement au fond des océans. Ces ouvertures, appelées crêtes d’étalement, poussent les vieilles roches solidifiées sur les côtés et la roche fondue chaude provenant de l’intérieur de la Terre les remplace. En se refroidissant, elle forme une nouvelle croûte océanique. Ce phénomène se produit à des vitesses comprises entre 1 et 20 cm par an environ, soit le diamètre d’un raisin à celui d’un ballon de football. Cela peut sembler peu, mais cela déplace en fait tous nos continents. Ce mouvement signifie également que, loin des dorsales, les plaques continentales entrent en collision parce qu’elles se heurtent les unes aux autres.

Que se passerait-il si vous poussiez deux barres de chocolat Mars l’une contre l’autre?
Imaginez que les barres de chocolat sont des plaques continentales qui entrent lentement en collision. Le chocolat doit aller quelque part: les barres de chocolat ne peuvent pas se déplacer (facilement) vers l’intérieur de la Terre, elles sont donc poussées en l’air, ce qui entraîne la création de chaines montagneuses. Les endroits où les plaques se déplacent et entrent en collision changent au fil du temps. Cela signifie que les montagnes se forment à certains moments et à différents endroits et peuvent cesser de croître. Ce processus se déroule sur des périodes de plusieurs millions d’années, car les plaques se déplacent relativement lentement (vous vous souvenez du raisin et du ballon de football?). Les montagnes cessent de croître et finissent par disparaître lentement (également sur des millions d’années) lorsque l’érosion élimine à nouveau la matière rocheuse.

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Fabian (12 Jahre) fragt: Welche Erfindungen im Mittelalter sind noch heute im Gebrauch? Es antwortet Hans-Joachim Schmidt, Professor für mittelalterliche Geschichte am Departement für Geschichte.
In der Zeit vor 1800, als die industrielle Revolution in Europa begann, gab es nur wenige technische Erfindungen. Technik war im Mittelalter keine eigenständige Wissenschaft. Oft wurde das Wissen von Produktionsverfahren geheim gehalten. Dennoch wurden auch im Mittelalter neue Verfahren und Gegenstände erfunden, die bis heute in Gebrauch sind. Dies hing damit zusammen, dass im Mittelalter Arbeit und die Kenntnisse des Arbeitens zunehmend wertgeschätzt wurden.

Erfindungen entstanden fast nie durch Forschungen, sondern durch die Praxis der Arbeit. Deswegen kennt man auch selten die Namen von Erfinder_innen.

Wassermühlen waren auch in der Antike schon bekannt, wurden aber im Mittelalter vermehrt eingesetzt, allein schon deswegen, weil die billige Arbeitskraft von Sklav_innen fast nicht vorhanden war. In den Gebieten, in denen es keine starken Fliessgewässer gab, vor allem in den Niederlanden und in Norddeutschland, benötigte man aber eine andere Energiequelle: den Wind. Mit den neu erfundenen Windmühlen wurden u.a. auch Pumpen angetrieben, um Wasser aus tiefgelegenen Feldern zu schöpfen, damit sie überhaupt erst bewirtschaftet werden konnten.

Eine andere Erfindung gelang um das Jahr 1300: Die Brille. Grosse Fortschritte in der Glasherstellung und in der Optik während des 13. Jahrhunderts waren die Voraussetzungen. Prisma und Linse wurden untersucht und hergestellt. Das geschliffene Glas der Brille bündelte das Licht und korrigierte Sehschwächen.

Bei einer Erfindung kennen wir den Namen des Erfinders: Johannes Gutenberg aus Mainz erfand um das Jahr 1450 den Buchdruck mit beweglichen Lettern. Die Lettern konnten immer wieder neu im Setzkasten zusammengesetzt werden, dies aber unter der Voraussetzung, dass sie aus einer strapazierfähigen Metallmischung bestanden. Sie zu finden, war die wichtigste Leistung von Gutenberg. So war die massenhafte Herstellung von Texten und Büchern möglich. Es war nicht mehr notwendig, dass mühsam jedes einzelne Buch abgeschrieben werden musste. Viele Menschen konnten sich daher den Kauf von Büchern leisten.

Im Mittelalter (wie schon in der Antike) war es ein gesichertes und selbstverständliches Wissen, dass die Erde eine Kugel ist. Kurz vor 1500 hat Martin Behaim in Nürnberg erstmals einen Erdglobus hergestellt. Amerika war noch nicht dargestellt. Zuvor gab es an mehreren Orten der Welt bereits Globen, auf die die Sicht auf Himmelskörper eingetragen war. Mit dem Erdglobus gewann man bessere Kenntnis von der Welt und von grossen Entfernungen.

In Nürnberg wurden zu dieser Zeit Taschenuhren erfunden, die sogenannten « Nürnberger Eier ». Anders als bei den Turmuhren, die durch die Erdanziehung von Gewichten angetrieben sind, wurden nun Metallspiralen eingesetzt, um die Zeiger in Gang zu setzen. So konnte man die Geräte zur Zeitmessung mit sich tragen und war nicht darauf angewiesen, auf eine nahe Turmuhr zu schauen.

Nur selten wurden im Mittelalter Erfinder wertgeschätzt. Aber sie trugen dazu bei, dass technische Fertigkeiten sich entwickelten und zu Neuerungen führten.

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«Acide ou basique? Un peu de chimie dans la cuisine pour en faire voir de toutes les couleurs à un chou, ça te tente ? Dans cette expérience, on utilise du simple chou rouge comme indicateur de Ph, ce qui va nous permettre de ‹mesurer› le degré d’acidité ou de basicité d’une substance. Lorsque l’on ajoute un produit acide (comme ici quelques gouttes de citron), le liquide va rosir, voir rougir parfois. Et quand on verse un produit basique, il va devenir vert (avec du bicarbonate de soude) ou jaune (avec la poudre à lessive).»

Le ton est donné. Sofia Martin Caba, coordinatrice des activités de diffusion externes de l’Institut Adolphe Merkle et du programme . nous explique: «Pschitt! est une petite collection d’expériences scientifiques pour enfants destinée à toutes les curieuses et tous les curieux de science et d’expérimentation. Il s’adresse aussi aux enseignant·e·s désireux·ses d’expérimenter en classe et d’aider les élèves à comprendre facilement des concepts par fois abstraits ou compliqués. C’est un outil simple, accessible à tout le monde et de facile d’utilisation, capable de transformer une cuisine ou une salle de classe en laboratoire de sciences naturelles et de faire pétiller la curiosité des adultes et des enfants!»

Pschitt! est le résultat d’une belle collaboration entre l’Unifr, l’Espace des inventions. l’EPFL et l’Université de Genève. Entre 2015 et 2018, les quatre institutions ont proposé chaque semaine de petites expériences à réaliser à la maison au Migros Magazine. Le livre est un best of richement illustré de ce partenariat. Sofia Martin Caba souligne: «Ce n’est pas un livre à lire en soi, mais une collection d’activités à feuilleter sans modération pour repérer les expériences qui titillent la curiosité des lecteurs et lectrices, ainsi que des enfants. Des explications simples et d’autres plus approfondies permettent à cet ouvrage d’être utilisé par tout le monde indépendamment de leur formation.»

A glisser sous le sapin pour une année qui pétille!

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Pour cette expérience, il te faudra:

1. 2 verres
2. 4 pailles
3. Du film alimentaire
4. Du scotch
5. De l’eau

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• Département de physique de l’Unifr