Voor een groot deel van het publiek is John Pendry de man die de ‘Harry Potter-fysica’ werkelijkheid heeft gemaakt. Als uitvinder van het theoretische raamwerk voor een onzichtbaarheidsmantel sprak hij tot de verbeelding van de wereld door te demonstreren hoe licht rond een object kon worden gebogen om het te laten verdwijnen.
Voor Pendry, een natuurkundige aan het Imperial College London, was de mantel echter slechts een opstapje. Terwijl de wereld de magie van onzichtbaarheid viert, is Pendry op een veel diepere grens beland: metamaterialen – stoffen die zijn ontworpen om eigenschappen te bezitten die in de natuurlijke wereld niet bestaan.
De geboorte van metamaterialen
De reis begon halverwege de jaren negentig toen Pendry observeerde hoe bepaalde stealth-technologieën ongeordende koolstofvezels gebruikten om radar te absorberen. Hij realiseerde zich dat de effectiviteit van deze materialen niet voortkwam uit de atomen zelf, maar uit hun structurele opstelling.
Dit besef bracht de wetenschap van metamaterialen voort. In tegenstelling tot traditionele materialen, die hun eigenschappen ontlenen aan hun chemische samenstelling, ontlenen metamaterialen hun eigenschappen aan hun geometrie. Door op microscopisch niveau kleine groeven, ringen of pilaren in een substantie te etsen, kunnen wetenschappers precies dicteren hoe golven (of ze nu licht, geluid of seismisch zijn) op dat object reageren.
Van sciencefiction tot industriële realiteit
Hoewel ‘onzichtbaarheid’ klinkt als een laboratoriumnieuwsgierigheid, zijn de commerciële implicaties van Pendry’s werk enorm. Door zijn langdurige professionele relatie met durfkapitalist Nathan Myhrvold worden de theorieën van Pendry getransformeerd in een markt die naar verwachting in 2033 £6 miljard waard zal zijn.
De praktische toepassingen beginnen al zichtbaar te worden:
- Metalenses: In plaats van zwaar, gebogen glas gebruiken ‘metalenses’ platte structuren op nanoschaal om licht te focusseren. Dit maakt flinterdunne cameralenzen in smartphones, lichtgewicht optica voor drones en slankere VR-headsets mogelijk.
- Autonome voertuigen: De huidige zelfrijdende auto’s zijn afhankelijk van Lidar : omvangrijke, roterende lasersensoren. Metamaterialen zouden ‘solid-state’ Lidar mogelijk kunnen maken, die laserstralen elektronisch stuurt zonder bewegende delen, waardoor sensoren goedkoper en duurzamer worden.
- Bescherming tegen aardbevingen: Omdat seismische golven zich wiskundig gezien net zo gedragen als licht, zouden metamaterialen theoretisch gezien kunnen worden gebruikt om aardbevingsgolven rond de fundering van een gebouw te “buigen” en dit tegen vernietiging te beschermen.
De volgende grens: buigtijd
Ondanks de industriële revolutie die momenteel gaande is, blijft Pendry gefocust op de theoretische ‘rand’ van de natuurkunde. Momenteel onderzoekt hij temporele metamaterialen : materialen die hun eigenschappen niet alleen in de ruimte veranderen, maar ook in tijd.
Door ultrasnelle lasers te gebruiken om de toestand van een materiaal in femtoseconden (viermiljardsten van een seconde) te veranderen, suggereert Pendry dat we energie kunnen ‘transmuteren’. Dit zou ons in staat kunnen stellen frequenties te verschuiven (bijvoorbeeld door rood licht in blauw licht te veranderen) door energie uit een golf te injecteren of af te voeren terwijl deze erdoorheen gaat.
Dit onderzoek opent deuren voor het simuleren van de meest extreme omgevingen in het universum:
1. Zwarte gaten-analogen: Pendry heeft berekend dat een materiaal waarvan het interne patroon met de snelheid van bijna het licht verschuift, een wiskundige ‘gebeurtenishorizon’ zou kunnen creëren, waardoor wetenschappers de fysica van zwarte gaten in een gecontroleerde laboratoriumomgeving kunnen bestuderen.
2. Kwantumwrijving: Hij onderzoekt hoe veranderende elektromagnetische eigenschappen in de tijd het Casimir-effect kunnen veroorzaken, waardoor een nieuw type kwantumwrijving ontstaat dat nog nooit is waargenomen.
“Er komt een moment waarop je onderzoek van je weg begint te lopen”, merkt Pendry op. Voor hem is het doel niet de commercialisering van de mantel, maar het nastreven van het volgende ‘nieuwe en opwindende’ mysterie.
Conclusie
De erfenis van John Pendry is niet te vinden in een magische cape, maar in de fundamentele herstructurering van de manier waarop we de fysieke wereld manipuleren. Door de overstap te maken van het controleren van licht in de ruimte naar het controleren ervan in de tijd, maakt hij de weg vrij voor een toekomst waarin we de hemel kunnen simuleren en de structuur van de werkelijkheid kunnen beheersen.
