Ο Τζον Πέντρι περνά από τον μανδύα αορατότητας στα χρονικά μεταϋλικά, μετακινώντας την οπτική σε νέα πεδία. Την ίδια ώρα, οι ιδέες του ωριμάζουν εμπορικά σε κάμερες, lidar και αντισεισμική προστασία.
Ο Τζον Πέντρι, ο θεωρητικός φυσικός του Imperial College που έγινε γνωστός για τον «μανδύα αορατότητας», στρέφει τώρα την έρευνά του στα χρονικά μεταϋλικά: συστήματα που δεν ελέγχουν μόνο τη διαδρομή του φωτός στον χώρο, αλλά και την εξέλιξή του στον χρόνο. Η αρχική του τομή πριν από δύο δεκαετίες ήταν η πλήρης θεωρητική περιγραφή των μεταϋλικών και ο πρακτικός τρόπος κατασκευής τους με μικρο- και νανοδομές πάνω σε συνηθισμένα υλικά. Έτσι άνοιξε η πόρτα για φαινόμενα όπως ο αρνητικός δείκτης διάθλασης που είχε προτείνει τη δεκαετία του 1960 ο Βίκτορ Βεσελάγκο, οδηγώντας σε οπτική που εκτρέπει το φως «ανάποδα».
Το 2006, η θεωρία μπήκε στα πρωτοσέλιδα με την επίδειξη ενός μανδύα αορατότητας που έκρυβε αντικείμενα από μικροκύματα, σε συνεργασία με το Duke University. Η πρώτη παρουσίαση της ιδέας είχε γίνει ένα χρόνο νωρίτερα σε συνέδριο στο Σαν Αντόνιο. Η συσκευή έμοιαζε περισσότερο με πλακέτα κυκλώματος παρά με κάπα, αλλά έδειξε ότι η «μετασχηματιστική οπτική» μπορεί να ανασχεδιάσει τις διαδρομές της ακτινοβολίας μέσα στην ύλη.
Ενώ ο ίδιος αποφεύγει την εμπορική αξιοποίηση, οι ιδέες του έχουν βρει δρόμο προς την αγορά. Ο Νέιθαν Μάιρβολντ κατέχει περίπου 60 πατέντες μεταϋλικών του Πέντρι και έχει ιδρύσει εταιρείες πάνω σε αυτές, βλέποντάς τες να ενσωματώνονται την επόμενη δεκαετία σε αυτόνομα οχήματα, ανθρωποειδή ρομπότ και δορυφόρους 6G. Αναλυτές εκτιμούν ότι η σχετική αγορά μπορεί να φτάσει περίπου τις £6 δισ. έως το 2033.
Η ώριμη πλέον γενιά μεταϋλικών ξεχωρίζει στους «μεταφακούς» (metalenses): επίπεδες επιφάνειες γεμάτες δάση νανοδομών που λειτουργούν σαν μικροσκοπικές κεραίες και σχηματίζουν υπέρλεπτους φακούς μικρομετρικού πάχους. Η απόδοση τους ανταγωνίζεται ή ξεπερνά τους κλασικούς γυάλινους φακούς, συμπιέζοντας οπτικά συστήματα σε ένα φύλλο. Μικροσκοπικά drones αποκτούν ποιοτική εικόνα χωρίς βάρος, ενώ smartphones και συστήματα εικονικής πραγματικότητας αποφεύγουν τις βαριές στοιβάδες οπτικών. Στα αυτόνομα οχήματα, τα μεταϋλικά υπόσχονται lidar χωρίς κινούμενα μέρη, με ηλεκτρονικά κατευθυνόμενες δέσμες αντί για περιστρεφόμενους καθρέφτες, μειώνοντας όγκο και ευπάθειες. Παράλληλα, «σεισμικά μεταϋλικά» δείχνουν ότι η ίδια μαθηματική λογική μπορεί να παρεκτρέψει σεισμικά κύματα γύρω από θεμελιώσεις κτιρίων.
Το νέο στοίχημα του Πέντρι είναι τα χρονικά μεταϋλικά. Σε οθόνες smartphone υπάρχει οξείδιο ινδίου-κασσιτέρου (ITO) που, όταν δεχθεί παλμό λέιζερ, αλλάζει εξαιρετικά γρήγορα διαφάνεια και ηλεκτρομαγνητικές ιδιότητες. Για ένα κύμα φωτός, αυτή η σχεδόν στιγμιαία μεταβολή παραβιάζει μια βασική υπόθεση της κλασικής οπτικής: ότι οι ιδιότητες του μέσου μένουν σταθερές άρα η ενέργεια του κύματος διατηρείται καθώς το διαπερνά. Τα χρονικά μεταϋλικά, μεταβάλλοντας τον χρόνο, μπορούν να «αντλούν» ή να «στραγγίζουν» ενέργεια από το κύμα και να μετατοπίζουν τη συχνότητά του: από κόκκινο σε μπλε, από μικροκύματα σε υπέρυθρο.
Αυτή η ελευθερία ανοίγει παράθυρο σε ακραία φυσική μέσα στο εργαστήριο. Το 2023, ο Πέντρι έδειξε θεωρητικά ότι ένα υλικό με εσωτερικό μοτίβο που μεταβάλλεται στον χρόνο σαν να κινείται σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός μπορεί να δημιουργεί σημεία που το φως δεν μπορεί να διασχίσει — ανάλογα ενός ορίζοντα γεγονότων μαύρης τρύπας. Παράλληλα, η χρονική μεταβολή των ηλεκτρομαγνητικών ιδιοτήτων υπόσχεται μια δυναμική εκδοχή του φαινομένου Casimir, με ελεγχόμενη «πίεση κενού» που μεταφράζεται σε πρωτόγνωρη κβαντική τριβή. Η θεωρία όμως πατά σε λεπτό πάγο: οι εξισώσεις της οπτικής έχουν χτιστεί για στάσιμα μέσα, ενώ οι σχετικές μεταβολές παίζουν σε κλίμακες femtosecond και σε οριακά ανιχνεύσιμα σήματα.
