Interview

Deze fysicus weet hoe onzichtbaarheid werkt

Hij geldt als de fysicus die weet hoe de onzichtbaarheidsmantel van Harry Potter werkt. Toch heeft Sir John Pendry meer met raadsels dan met oplossingen. 'Die grijpen mensen makkelijker.'

Beeld Jiri Buller

John Pendry heeft even getwijfeld of hij het wel moest doen: de uitnodiging aannemen van de Universiteit Leiden om als gasthoogleraar de prestigieuze Lorentz-leerstoel te komen bezetten. Natuurlijk: grootmeester Hendrik Lorentz is zijn grote voorbeeld en hoeveel illustere fysici gingen hem hier al niet voor? Anderzijds: twee maanden van huis, net op het moment dat zijn Londense tuin hem het hardst nodig heeft. 'Ik ben vorig weekend even heen en weer geweest om wat te snoeien en te binden', bekent hij in het Instituut voor Theoretische Fysica in Leiden, waar hij tot eind juni werkt en lesgeeft. Op het whiteboard staan ingewikkelde wiskunde en veel schetsjes met golven, pijlen en vlakken.

De tanige Brit met het spitse gezicht en de twinkelogen zit in een nagenoeg lege werkkamer en weet wat we denken: met die kop van hem zou hij moeiteloos een rolletje hebben kunnen spelen in de Harry Potter-films waarmee hij al tien jaar onwillekeurig wordt geassocieerd. Hij is de man immers die zou weten hoe de befaamde onzichtbaarheidsmantel van de tovenaarsleerling werkt. Desnoods kan hij voorrekenen hoe licht om zo'n mantel heenvloeit als water om een eend.

CV

Mathematisch fysicus Sir John Brian Pendry werd op 4 juni 1943 geboren in Manchester. Hij studeerde aan Cambridge University, waar hij tot 1975 als research fellow werkte. In de jaren 1972 en '73 verbleef hij bij Bell Labs in de VS. Sinds 1981 is hij hoogleraar aan het Imperial College in Londen. Pendry publiceerde meer dan 300 artikelen, vele op het gebied van optica. Hij is lid van de Royal Society sinds 1984. In 2004 werd Pendry geridderd.

Maar, benadrukt hij meteen: hij is een bloedserieuze natuurkundige. Expert in de manier waarop elektromagnetische golven van radiostraling of licht en materie op elkaar inwerken. 'Dat dit wordt geassocieerd met Harry Potters onzichtbaarheidsmantel, ben ik gaandeweg gaan zien als een geweldige kans om de natuurkunde bij een groot publiek te brengen. In de theoretische fysica krijg je niet zo vaak de kans op de publieke verbeelding in te haken.'

Toch had Pendry (71), getrouwd en kinderloos, zich in 2005 geen moment gerealiseerd dat het zo zou lopen. 'Ik was dat najaar op een conferentie in San Antonio, op uitnodiging van Darpa, de militaire onderzoeksorganisatie in de VS, om te praten over zogeheten metamaterialen. Ik dacht: laat ik eens een vergezocht voorbeeld geven en hield een verhaal over perfecte camouflage. Onzichtbaarheid dus. Ik dacht: iedereen barst in lachen uit. Maar ze werden helemaal gek en het is daarna nooit meer opgehouden. Ik krijg nog steeds de vreemdste verzoeken.'

Opvallen

Die metamaterialen waren jaren daarvoor op Pendry's pad gekomen toen hij zich als hoogleraar mathematische fysica op het Imperial College in Londen boog over radar. Defensiefirma Marconi gebruikte flinterdunne matten van centimeters lange koolstofvezels die om de een of andere reden binnenkomende radargolven konden absorberen. Ideaal om niet op te vallen in het luchtruim, maar eigenlijk wist niemand waaróm het zo goed werkte.

Tot Pendry er als zomerconsultant een theorie over formuleerde, die erop neerkomt dat de binnenkomende elektromagnetische golven van de radar in de koolstofdraadjes elektrische stromen opwekken die weer magneetvelden geven. 'De netwerkstructuur is een antenne en zender tegelijk, waardoor de eigenschappen zo onverwachts kunnen uitpakken', zegt hij.

Een van die onverwachte verschijnselen is de zogeheten negatieve breking. Golven die onder een hoek een dichter materiaal binnendringen, hebben gewoonlijk de neiging dieper dat materiaal in te duiken: een potlood dat schuin in een glas water staat, lijkt een knik naar beneden de maken. Pendry bedacht dat met slim gekozen systemen van metalen ringetjes en draadjes radiogolven daadwerkelijk tot zulk tegendraads gedrag aan te zetten zijn. De golven buigen per saldo naar buíten.

Beeld Martyn F Overweel

Daarmee was de kous niet af. Al rekenend aan zulke metasystemen deed de Londense hoogleraar wat hij zelf de ontdekking van zijn leven noemt: hij vond de perfecte lens. Als golven op een doorlatende plak metamateriaal vallen, blijken ze in een brandpunt te worden samengebracht. Zonder dat de plak de speciale vorm van een lens moet hebben. En nog gekker: het werkt altijd, ongeacht de golflengte van het licht.

Pendry: 'Ik kon eerst mijn ogen niet geloven, maar mijn vergelijkingen zeiden dat de golflengte er niet toe doet. Dat betekent dat je details kunt onderscheiden die kleiner zijn dan de lichtgolven zelf. In alle optica is dat de beperking van je mogelijkheden. Hier dus niet.'

Onder vakgenoten geldt uw artikel uit 2006 over de perfecte lens als een moderne klassieker en reden voor talloze prijzen en eerbewijzen. Maar onzichtbaarheid is wat de mensen willen.

'Dat is waar en het geldt niet alleen voor het grote publiek, dat ik het nog wel gun. Onzichtbaarheid is een totale hype, er wordt vanalles geroepen en beweerd, er zijn consultants die erop binnenlopen. De waarheid is dat het zo'n vaart niet loopt. De zaak is behoorlijk opgeklopt.'

Militairen watertanden toch bij het idee van onzichtbare soldaten en tanks?

'In theorie wel, maar de realiteit is dat de principes van cloaking zeker voor zichtbaar licht nog helemaal niet zijn aangetoond. Ik kreeg net nog een telefoontje van een journalist over weer een doorbraak op dat vlak, maar het is allemaal niks. Eigenlijk wil ik er niet op ingaan. Als er toepassingen zijn, dan liggen die in de optische technologie, in zonnecellen, de industrie dus.'

U klinkt bijna opgelucht. Heeft u misschien iets tegen militaire toepassingen van uw werk?

'Welnee, ik ben daar geloof ik gewoontjes in. Ik vind het persoonlijk een zinnig idee dat je je als land wilt verdedigen. En als je dat vindt, moet je militairen ook de beste technieken geven. Ik ben overigens wel blij dat camouflage geen offensieve techniek is. Als ze me vroegen aan zenuwgassen te werken, zou ik minder blij zijn.'

Het gekke aan uw theorieën is dat er allerlei contra-intuïtieve verschijnselen in naar voren komen. Kunt u zich echt indenken dat licht de verkeerde kant op breekt?

'In principe ben ik een nogal visueel ingestelde theoreticus. Ik moet de dingen voor me zien om ze te kunnen begrijpen. Negatieve breking is gek omdat we het niet gewend zijn. Maar mijn berekeningen spraken destijds duidelijk taal en het is mijn vak die wiskundige taal goed te verstaan.'

Als kind al, lees ik.

'Ik ben bij mijn weten altijd geobsedeerd geweest door wetenschap en techniek. Altijd bezig met chemicaliën, ik bouwde radio's, afstandsbedieningen voor vuurpijlen. Die dingen. Het waren de jaren vijftig. Kernenergie, ruimtereizen: er was een ongekend geloof in het belang van wetenschap.'

Hoe ziet u dat nu?

'Het publiek neemt wetenschap naar mijn idee veel te veel voor lief. Beleidsmakers doen dat ook. Elk probleem is oplosbaar als je er maar genoeg geld tegenaan gooit, is het idee.'

Is dat erg?

'Als de verbazing verdwijnt, is ook de nieuwsgierigheid weg en houdt het zoeken op. Ik denk weleens dat we wat kunnen leren van artsen. Die lossen van alles op, maar er blijft een soort mysterie. Ze schrijven niet voor niets nog steeds recepten in het latijn.'

Fysici moeten niet doen alsof ze alles kunnen verklaren?

'Ik denk dat raadsels mensen gemakkelijker grijpen dan antwoorden en oplossingen. Dat zet mensen zelf aan het denken, en dat is waar alles mee begint. Meer magie dus.'

Over magie gesproken. U werkt nu aan het kijken door mist?

'Dat is een intrigerend nieuw idee, waar trouwens ook een aantal Nederlanders prachtige dingen in doet. Je kunt aantonen dat het meeste licht in melk of mist vastloopt. Als je blijft zoeken, blijken er altijd een paar sluiproutes die opeens alles doorlaten. Mijn vraag is of dat te voorspellen is. En ik moet eerlijk zijn: geen idee, vooralsnog, maar dat is het beste dat je als theoreticus kunt hebben.'

Het raadsel als houvast?

'Het enige wat je als theoreticus nodig hebt, is een goede vraag en je vakmanschap. Een theoreticus reist licht: een potlood en je hoofd volstaan.'

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2019 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden