Für einen Großteil der Öffentlichkeit ist John Pendry der Mann, der die „Harry-Potter-Physik“ Wirklichkeit werden ließ. Als Erfinder des theoretischen Rahmens für einen Unsichtbarkeitsumhang regte er die Fantasie der Welt an, indem er demonstrierte, wie Licht um ein Objekt gebogen werden kann, um es verschwinden zu lassen.
Für Pendry, einen Physiker am Imperial College London, war der Umhang jedoch nur ein Sprungbrett. Während die Welt die Magie der Unsichtbarkeit feiert, ist Pendry zu einem viel tieferen Gebiet vorgedrungen: Metamaterialien – Substanzen, die so konstruiert sind, dass sie Eigenschaften besitzen, die es in der natürlichen Welt nicht gibt.
Die Geburt der Metamaterialien
Die Reise begann Mitte der 1990er Jahre, als Pendry beobachtete, wie bestimmte Stealth-Technologien ungeordnete Kohlenstofffasern nutzten, um Radar zu absorbieren. Er erkannte, dass die Wirksamkeit dieser Materialien nicht von den Atomen selbst, sondern von ihrer strukturellen Anordnung herrührte.
Aus dieser Erkenntnis entstand die Wissenschaft der Metamaterialien. Im Gegensatz zu herkömmlichen Materialien, deren Eigenschaften sich aus ihrer chemischen Zusammensetzung ergeben, leiten Metamaterialien ihre Eigenschaften aus ihrer Geometrie ab. Durch das Einritzen winziger Rillen, Ringe oder Säulen auf mikroskopischer Ebene in eine Substanz können Wissenschaftler genau bestimmen, wie Wellen – seien es Licht-, Schall- oder seismische Wellen – mit diesem Objekt interagieren.
Von Science Fiction zur industriellen Realität
Während „Unsichtbarkeit“ wie eine Laborkuriosität klingt, sind die kommerziellen Auswirkungen von Pendrys Arbeit enorm. Durch seine langjährige berufliche Beziehung zum Risikokapitalgeber Nathan Myhrvold werden Pendrys Theorien in einen Markt umgewandelt, der bis 2033 voraussichtlich einen Wert von 6 Milliarden Pfund haben wird.
Die praktischen Anwendungen zeichnen sich bereits ab:
- Metalllinsen: Anstelle von schwerem, gebogenem Glas verwenden „Metalllinsen“ flache, nanoskalige Strukturen, um Licht zu bündeln. Dies ermöglicht hauchdünne Kameraobjektive in Smartphones, leichte Optiken für Drohnen und schlankere VR-Headsets.
- Autonome Fahrzeuge: Aktuelle selbstfahrende Autos basieren auf Lidar – sperrigen, rotierenden Lasersensoren. Metamaterialien könnten „Festkörper“-Lidar ermöglichen, das Laserstrahlen ohne bewegliche Teile elektronisch steuert und Sensoren billiger und langlebiger macht.
- Erdbebenschutz: Da sich seismische Wellen mathematisch ähnlich wie Licht verhalten, könnten Metamaterialien theoretisch verwendet werden, um Erdbebenwellen um das Fundament eines Gebäudes zu „biegen“ und es so vor Zerstörung zu schützen.
Die nächste Grenze: Biegezeit
Trotz der derzeit stattfindenden industriellen Revolution konzentriert sich Pendry weiterhin auf die theoretischen „Grenzen“ der Physik. Derzeit erforscht er zeitliche Metamaterialien – Materialien, die ihre Eigenschaften nicht nur im Raum, sondern auch in der Zeit ändern.
Indem wir ultraschnelle Laser verwenden, um den Zustand eines Materials in Femtosekunden (billiardstel Sekunden) zu ändern, können wir laut Pendry Energie „umwandeln“. Dies könnte es uns ermöglichen, Frequenzen zu verschieben – zum Beispiel rotes Licht in blaues Licht umzuwandeln –, indem wir einer Welle beim Durchgang Energie hinzufügen oder entziehen.
Diese Forschung öffnet Türen zur Simulation der extremsten Umgebungen im Universum:
1. Analoga zu Schwarzen Löchern: Pendry hat berechnet, dass ein Material, dessen inneres Muster sich nahezu mit Lichtgeschwindigkeit verschiebt, einen mathematischen „Ereignishorizont“ erzeugen könnte, der es Wissenschaftlern ermöglicht, die Physik von Schwarzen Löchern in einer kontrollierten Laborumgebung zu untersuchen.
2. Quantenreibung: Er untersucht, wie sich mit der Zeit ändernde elektromagnetische Eigenschaften den Casimir-Effekt auslösen und eine neue Art von Quantenreibung erzeugen könnten, die noch nie beobachtet wurde.
„Irgendwann kommt der Punkt, an dem einem die Forschung davonläuft“, bemerkt Pendry. Für ihn ist das Ziel nicht die Kommerzialisierung des Tarnmantels, sondern die Suche nach dem nächsten „neuen und aufregenden“ Mysterium.
Fazit
John Pendrys Vermächtnis liegt nicht in einem magischen Umhang, sondern in der grundlegenden Umstrukturierung unserer Manipulation der physischen Welt. Indem er von der Kontrolle des Lichts im Raum zur Kontrolle des Lichts in der Zeit übergeht, ebnet er den Weg für eine Zukunft, in der wir den Himmel simulieren und das Gefüge der Realität beherrschen können.
