Wat een timing. Net nu de laatste film van de Harry Potterserie in de bioscoop draait, komen wetenschappers met een nieuw soort onzichtbaarheidsmantel op de proppen.
Sinds een aantal jaar proberen wetenschappers – naar het voorbeeld van Harry Potter – om voorwerpen onzichtbaar te maken. Niet dat ze in de weer zijn met oude, magische kleden die je over je heen werpt om aan iemands oog te ontsnappen. Als wetenschappers praten over een onzichtbaarheidsmantel gaat het om speciale materialen, zogenaamde metamaterialen, waarmee je de richting van licht kunt manipuleren.
De truc daarbij is om lichtgolven om een voorwerp heen te buigen, zodat het voorwerp zelf niet te zien is. Inmiddels hebben wetenschappers op deze manier al voorwerpen – hoewel zeer kleine – laten verdwijnen met bepaalde golflengtes licht. Een nieuwe generatie mantels is nu in aankomst. Maar het doel hiervan is om in plaats van voorwerpen, gebeurtenissen te laten verdwijnen.
Gat in het licht
Ook bij het verbergen van een gebeurtenis draait alles om manipulatie van lichtgolven. Eerder dit jaar beschreven de natuurkundigen Martin McCall en Paul Kinsler van Imperial College in het tijdschrift Journal of Optics hoe je dat moet aanpakken. Het idee is dat je een bundel licht in tweeën splitst. De kortere golflengtes van het licht, zoals de kleur blauw, versnel je, en de langere golflengtes van het licht, zoals de kleur rood, vertraag je. Zo ontstaat een ‘gat’ in het licht. Volgens McCall en Kinsler kun je in dit gat een gebeurtenis verbergen: de ene helft van het licht arriveert namelijk vóórdat hier iets gebeurt, de andere helft erna. Breng je de twee delen van het licht vervolgens weer bij elkaar, dan is wat er in het gat gebeurde voor niemand te zien. Je kunt tenslotte alleen iets waarnemen als licht hiervan afketst en in je oog terecht komt.
Splitsende lichtbundels?
Het splitsen van licht is goed te begrijpen door de lichtdeeltjes van een bundel licht (fotonen) voor te stellen als achter elkaar rijdende auto’s (zie onder). Als het achterste deel van de rij auto’s een beetje afremt en de voorste auto’s iets versnellen, ontstaat een gat. Dat gat kan net groot genoeg zijn voor iemand (in dit geval een kip) om over te steken. Het gat verdwijnt weer als het achterste verkeer versnelt en weer aansluit. Voor een automobilist die verder naar achteren (links buiten het plaatje) rijdt, is er geen gat. Naar zijn idee is de kip nooit overgestoken, want er is geen bewijs van dat dit is gebeurd.
Paul Kinsler, Imperial College London
Het werkt (maar kort)
Nu hebben onderzoekers van Cornell University (VS), onder leiding van Moti Fridman, voor het eerst zo’n timecloak – zoals men een onzichtbaarheidsmantel voor gebeurtenissen noemt – gebouwd. Ze hopen hierover te publiceren in het tijdschrift Nature, maar de voorpublicatie staat al op ArXiv.org. Het team van Fridman heeft een opstelling gemaakt die doet wat McCall en Kinsler voorstelden.
Het licht komt in pulsen uit een laser. Een speciale ‘tijdlens’ splitst een inkomende lichtbundel in twee delen door bepaalde golflengtes te versnellen en andere te vertragen. Bij deze lens is de brekingsindex afhankelijk van de tijd (bij een gewone lens is de brekingsindex afhankelijk van de plaats waar het licht de lens binnenkomt). Een tweede tijdlens doet precies het omgekeerde en brengt de lichtbundel weer bij elkaar. In het midden bevindt zich het ‘gat in de tijd’, waarin je een gebeurtenis kunt verstoppen.
Het team heeft bewezen dat de mantel werkt. Een gebeurtenis – in dit geval interferentie van het licht met een andere lichtbundel – was onzichtbaar toen de mantel ‘aan’ stond, en zichtbaar als de mantel ‘uit’ stond. Minpunt is wel dat deze gebeurtenis slechts 110 nanoseconden verborgen kon blijven. Dat is zo kort, dat we dat met onze eigen ogen zelfs al niet kunnen zien. In dit geval merk je dus niet eens dat er iets is verstopt. Volgens Fridman is een langere tijdsduur in theorie haalbaar, maar langer dan 1,25 microseconde is met deze opstelling onmogelijk, denkt hij. Dit vanwege beperkingen in de gebruikte apparatuur.
Andere beperkingen
Desalniettemin is FOM-onderzoeker Femius Koenderink enthousiast over het experiment. “Ik heb het artikel met interesse gelezen”, laat hij weten. “Het is zonder twijfel een uitstekend en origineel experiment.” Hij ziet echter, naast de werking voor korte tijdsduren, ook andere beperkingen.
“De gebeurtenis is alleen onzichtbaar voor één bepaalde kleur”, zegt hij. “Zou je bij een andere kleur kijken, dan zie je de gebeurtenis wel. Dat geldt overigens ook voor de al bestaande onzichtbaarheidsmantels, waarbij voorwerpen alleen voor bepaalde golflengtes onzichtbaar zijn. In sommige toepassingen hoeft dit echter geen bezwaar te zijn, zoals in nauwbandige telecommunicatie.”
Fridman heeft ongetwijfeld een leuk stuk speelgoed in handen, maar de vraag is of het echt toepassingen oplevert. De ideale bankoverval – door met een timecloak het leeghalen van de kluis te verbergen – is in ieder geval niet aan de orde. Harry Potter heeft voorlopig nog altijd de beste onzichtbaarheidsmantel in handen.
Bron:
- M. Fridman e.a., Demonstration of temporal cloaking, arxiv.org/abs/1107.2062 (opgestuurd naar Nature)
Lees meer over onzichtbaarheid & onzichtbaarheidsmantels op Kennislink:
Oeps: Onbekende tag `feed’ met attributen {"url"=>"https://www.nemokennislink.nl/kernwoorden/onzichtbaar/onzichtbaarheidsmantel/index.atom", “max”=>"10", “detail”=>"minder"}