Toen de Britse wetenschapper John Pendry in 2006 uitlegde hoe je een onzichtbaarheidsmantel kan maken werd enthousiast gereageerd. Zijn toverwoord, metamaterialen, sloeg aan. Binnen een paar maanden was een een prototype gebouwd: een opstelling waarin een metamateriaal het licht om een voorwerp heen kan buigen. Het werkte voor één enkele golflengte in het microgolfgebied. Bovendien moest je er vanaf precies de juiste plaats naar kijken. Maar zo moeilijk kon het toch niet zijn om dat verder uit te breiden?
J. Pendry et al.
Metamaterialen
In een normaal homogeen materiaal gaat licht in een rechte lijn. In een metamateriaal is het mogelijk om op kleine schaal precies te controleren welke kant het licht opgaat, dus ook het hoekje om. Een onzichtbaarheidsmantel van metamateriaal leidt licht om de tuin: het pad van de minste weerstand leidt niet rechtdoor, maar om het verborgen voorwerp heen. Als water dat om een steen heen stroomt buigt het licht zich langs het voorwerp en komt het daarachter weer samen.
Vier jaar later zijn er inderdaad aardig wat stappen gezet. Er zijn inmiddels ‘vloerkleed-mantels’ gemaakt: onzichtbaarheidsmantels die over een voorwerp worden gelegd. Door de gebruikte metamaterialen is de bobbel in het materiaal die het verborgen voorwerp maakt niet meer zichtbaar, onafhankelijk van welke kleur licht je gebruikt om te kijken. Tot nu toe werkt dat echter alleen voor piepkleine objecten: een paar micrometer breed en een paar nanometer hoog. Bovendien moet je nog steeds vanuit de juiste hoek naar het voorwerp kijken.
Harry Potter
Gelukkig kan je om een groter voorwerp te verbergen gewoon een grotere mantel maken, hoewel dat op dit moment nog niet technologisch haalbaar is. Ook aan het kijkhoekprobleem wordt gewerkt: door de brekingsindex van de metamaterialen zorgvuldig het hoekje om te leiden zou binnen een paar jaar een 3D-onzichtbaarheidsmantel gemaakt moeten kunnen worden. Harry Potter moet voorlopig dus op een paar dingen wachten: een laboratorium dat de uitdaging van een enorme metamateriaaldeken aankan, en een beproefde technologie om de mantel vanuit alle richtingen te laten werken.
Om mensen en voertuigen onzichtbaar te maken zijn metamaterialen voorlopig nog niet geschikt. Toch zijn er ook met de huidige status van de technologie al toepassingen denkbaar. Een tweedimensionale mantel kan bijvoorbeeld gebruikt worden om niet licht, maar golven in de zee en het aardoppervlak om de tuin te leiden. Zo kan een reusachtige ring van metamateriaal om een boorplatform ervoor zorgen dat tsunami’s netjes aan de kant gaan, en eenzelfde structuur rondom een flatgebouw verkleint de kans op instorting bij aardbevingen. Geen van beide toepassingen is al in de praktijk gebracht, maar beide zijn zover uitgewerkt dat ze binnen een paar jaar zullen worden uitgeprobeerd.
Een andere, onverwachte, toepassing van de voor onzichtbaarheidsmantels ontwikkelde metamaterialen is in de astronomie te vinden. Je kunt er namelijk licht mee vastzetten, net zoals dat gebeurt voorbij de horizon van een zwart gat. Een piepklein simulatie-zwart gat in een laboratorium is misschien niet echt te vergelijken met een gigant in het verre heelal, maar kan ons wel veel vertellen over de manier waarop licht en materie zich in de buurt van zo’n zwart gat gedragen. Zo zou een nep-zwart gat van metamateriaal Hawkingstraling kunnen uitzenden, een uniek soort straling die volgens Stephen Hawking uit zwarte gaten moet komen. In het heelal hebben we die straling nog niet gevonden. Dankzij pogingen om onzichtbaarheid mogelijk te maken zien we hem wellicht binnenkort voor het eerst, in een laboratorium.