licht

Pulserende lichtknopen behouden hun vorm terwijl ze zich voortbewegen.

Lichtknopen kunnen bestaan

2 reacties / natuurkunde, Wetenschap / Door / 7 januari 2015

We voorspelden het al in een van onze eerste artikelen. Wellicht is het mogelijk van licht structuren te bouwen. Nu zijn theoretici er inderdaad in geslaagd om in de theorie van Maxwell lichtknopen te introduceren. Hoe werkt dat, en wat zijn de mogelijkheden?

Wat zijn de vergelijkingen van Maxwell?
Rond 1870 vatte de Schotse natuurkundige James Clerk Maxwell de elektromagnetische kennis die in de 19e eeuw bijeengegaard was samen in vier differentiaalvergelijkingen. Deze beschrijven elektriciteit, magnetisme en de relatie tussen elektriciteit en magnetisme. Althans: de eisen waaraan een geldige beschrijving van een elektromagnetisch systeem moet voldoen. Elk verschijnsel dat aan deze eisen voldoet, kan in de natuur bestaan.

Pulserende lichtknopen behouden hun vorm terwijl ze zich voortbewegen.
Pulserende lichtknopen behouden hun  structuur terwijl ze zich voortbewegen.

Zo voorspelde Maxwell dat er een verschijnsel zou bestaan dat bestond uit elektrische velden, die magneetvelden opwekken, die op hun beurt omgekeerde elektrische velden opwekken enzovoort. Aangezien dit verschijnsel zich voortplantte met exact de lichtsnelheid, vermoedde Maxwell dat het onbekende verschijnsel licht was. Dit klopt, werd later aangetoond. We weten nu dat licht maar één vorm is van elektromagnetische straling.

Er zijn heel veel verschillende oplossingen voor de vergelijkingen van Maxwell, die elk een bestaand, of potentieel bestaand, elektromagnetisch verschijnsel vormen.

Waarom zijn de vergelijkingen van Maxwell zo belangrijk?
Onder natuurkundigen zijn de vier differentiaalvergelijkingen van Maxwell wereldberoemd. Dat is niet voor niets. Met behulp van de kwantumversie van deze vier vergelijkingen, de kwantumelektrodynamica,  kan letterlijk alles worden beschreven dat met elektriciteit en magnetisme te maken heeft. En dat is nogal wat, onder meer alle door ons waarneembare materie en licht (atoomkernen uitgezonderd, en zelfs die voor een deel).
Deze vergelijkingen zijn al anderhalve eeuw oud. Maar naar nu blijkt, hebben deze nog lang niet al hun geheimen prijsgegeven.

Knopen met licht
Met een wiskundig huzarenstukje zijn vijf natuurkundigen erin geslaagd om een knoopstructuur te creëren, die punten verbindt waar de elektromagnetische potentiaal gelijk is. Dat wil zeggen, dat een elektrische lading zonder energie op te nemen of af te geven over deze lijn kan worden verplaatst. Deze knoop structuren bestaan uit torussen (donutachtige ringen) die in elkaar vervlochten zijn. Bijzonder is, dat deze knopen hun vorm en afmetingen behouden als ze door de ruimte reizen. Tot nu toe kenden we maar één dergelijke structuur: het soliton. Met knopen van licht zijn leuke dingen te doen. Zo zou je er antimaterie in gevangen kunnen houden. Als je in staat zou zijn de knopen op dezelfde plaats te houden, zou je op die manier ook elektromagnetische energie in het vacuüm kunnen opslaan. Deze ‘puur-lichtbatterij’ zal de energiedichtheid van elke denkbare batterij, uitgezonderd antimaterie, met stukken slaan. De onderzoekers noemen verder het creëren van soortgelijke knopen in plasma’s of kwantumvloeistoffen.

Hoe kan licht in knopen gelegd worden?
De onderzoekers vermoeden dat deze knopen kunnen worden gemaakt met behulp van geconcentreerde Laguerre–Gaussiaanse bundels. Er wordt veel gewerkt met deze bundels omdat ze, anders dan de meeste types lichtbundels, draaimoment met zich mee voeren (m.a.w. ze kunnen voorwerpen waar ze op schijnen, aan het draaien brengen). Zou dit lukken, dan krijgt het wetenschappelijk onderzoek, en uiteraard niet lang daarna technici, er een zeer krachtig middel bij.

Update: 7-1-2015: bij toeval stuitte ik op dit artikel in Nature. Onderzoekers zijn er daadwerkelijk in geslaagd om “lichtmoleculen” te vormen. Hiervoor stuurden ze licht door een Bose-Einstein condensaat van extreem koude rubidiumatomen. Deze fotonen vormden -met rubidiumatomen als intermediair- een binding, die behouden bleef toen de fotonen het BEC verlieten.

Lees ook
Licht als bouwmateriaal

Bronnen
Hridesh Kedia et al., Tying Knots in Light Fields, Physical Review Letters (2013) gratis versie 1 gratis versie 2

Docu: The Elegant Universe

6 reacties / Ideeën en techniek, Wetenschap / Door / 23 augustus 2013

Een interessante driedelige documentaire serie van PBS over Stringtheorie met de titel: The Elegant Universe. De serie is gratis maar met reclamestukjes tussendoor te bekijken op youtube.

Eleven dimensions, parallel universes, and a world made out of strings. It’s not science fiction, it’s string theory. (Aired 7/11, 7/18, and 7/25, 2012 on PBS)

One of the most ambitious and exciting theories ever proposed—one that may be the long-sought “theory of everything,” which eluded even Einstein—gets a masterful, lavishly computer-animated explanation from bestselling author-physicist Brian Greene, when NOVA presents the nuts, bolts, and sometimes outright nuttiness of string theory.

Also known as superstring theory, the startling idea proposes that the fundamental ingredients of nature are inconceivably tiny strings of energy, whose different modes of vibration underlie everything that happens in the universe. The theory successfully unites the laws of the large—general relativity—and the laws of the small—quantum mechanics—breaking a conceptual logjam that has frustrated the world’s smartest scientists for nearly a century.

http://www.facebook.com/ScientificUnity

The Elegant Universe, PBS, Brian Green on quantum mechanics and string theory.

Kan dit helpen om een beetje degelijke ruimteschepen te bouwen zodat we het universum binnenkort kunnen gaan verkennen?

Aanverwante artikelen en informatie:
-) Website PBS – The Elegant Universe

Video: waarom is het ’s nachts donker?

4 reacties / Wetenschap / Door / 8 januari 2013

Waarom is het ’s nachts donker? Wat een stomme vraag, zou je zeggen. Overdag schijnt de zon en die geeft genoeg licht zodat het niet donker is, ’s nachts schijnt de zon niet en de sterren geven onvoldoende licht waardoor het wél donker is. Dit antwoord blijkt echter verre van compleet te zijn. Het feit dat het ’s nachts donker is vertelt meer over de werking van het heelal dan je in eerste instantie zou verwachten.

Zie voor een heldere uitleg over waarom het ’s nachts donker is onderstaand filmpje:

Why is it Dark at Night?

TED – femto-fotografie een biljoen frames per seconde

4 reacties / Ideeën en techniek, Wetenschap / Door / 2 september 2012

Ramesh Raskar presenteert femto-fotografie, een nieuw type beeldvorming, zo snel dat het de wereld toont in een biljoen frames per seconde. Het geeft de beweging van het licht zelf weer. Deze technologie kan ooit worden gebruikt om camera’s te bouwen die ‘rond’ hoeken kunnen kijken of in het lichaam kunnen kijken zonder gebruik te maken van X-stralen. Het filmpje heeft Nederlandse ondertitels.

 Met hartelijke dank aan razor voor de tip.

Voor meer informatie hierover zie ook de volgende sites:
-) femtocamera.info
-) web.media.mit.edu/~raskar/cornar

Lichttherapie kan bij oudere mensen gezondheidsklachten als slapeloosheid. depressie en slaperigheid overdag wegnemen.

Veel ouderdomsziekten gevolg van troebele ooglens

Laat een reactie achter / Ideeën en techniek, Wetenschap / Door / 27 februari 2012

Naar nu blijkt, hebben veel raadselachtige ouderdomsklachten een eenvoudige oorzaak. De ooglenzen van oude mensen laten geen blauw licht meer door, waardoor hun dagritme wordt verstoord en hun gezondheid aangetast.

Verklaring decennia over het hoofd gezien
Wat hebben geheugenverlies, een langzamer reactietijd, depressies en slapeloosheid met elkaar te maken? Alle zijn het ouderdomsverschijnselen die tot nu toe onverklaard bleven. Medisch onderzoekers probeerden alles uit, variërend van een te hoog cholesterolgehalte en vetzucht tot hart- en vaatziekten en te weinig beweging. Uit een steeds groeiende verzameling bewijs blijkt echter dat er waarschijnlijk een heel andere oorzaak is: de veroudering van de ogen.

Lichttherapie kan bij oudere mensen gezondheidsklachten als slapeloosheid. depressie en slaperigheid overdag wegnemen.
Lichttherapie kan bij oudere mensen gezondheidsklachten als slapeloosheid. depressie en slaperigheid overdag wegnemen. Bron: Wikipedia

Vergelende lens blokkeert blauw licht
Naarmate mensen ouder worden, vergeelt de lens en vernauwt de pupil. Dit verstoort het dagritme van het lichaam, wat weer tot een groot aantal lichamelijke problemen leidt. Naarmate de ogen ouder worden, dringt steeds minder zonlicht door de lens heen, waardoor de zeer belangrijke cellen in het netvlies geen prikkel meer krijgen om het dagritme van het lichaam, onze inwendige klok, te reguleren. “We geloven dat het effect enorm is en pas nu echt wordt erkend als een probleem, â€ aldus dr. Patricia Turner, oogheelkundige in Leawood, Kansas, die met haar echtgenoot dr. Martin Mainster, a hoogleraar oogheelkunde aan de faculteit geneeskunde van de university van Kansas al veel gepubliceerd heeft over de gevolgen van verouderende ogen op de gezondheid.

Gevolgen verstoring dag-nachtritme: slapeloosheid, meer hartklachten en grotere kans op kanker
Dag-nacht (circadiële) ritmes zijn de cyclische hormonale en fysiologische processen die het lichaam in de morgen wakker en actief maken en in de nacht in de reparatiestand zetten. Deze biologische klok is afhankelijk van licht. Mensen met een onregelmatig dag/nachtritme, zoals mensen die in ploegendiensten werken, lopen een groter risico op een aantal aandoeningen zoals slapeloosheid, hartklachten en kanker.

Speciale fotoreceptieve cellen in het netvlies vangen zonlicht op en sturen een signaal naar de suprachiasmatische nucleus (SCN), die onze biologische klok regelt. De S.C.N. ‘bedient’ het lichaam met een dosis melatonine in de avond en cortisol in de morgen. Melatonine zet het lichaam in de rust- en reparatiestand; bij mensen die weinig melatonine afscheiden (een teken voor een haperende SCN), komt meer diabetes, hartziekten en kanker voor. Pas in 2002 werd ontdekt dat er een speciaal type cel bestond. Tot die tijd namen wetenschappers aan dat de bekende staafjes en kegeltjes de prikkel verzorgen. Na deze ontdekking werd ook bekend dat deze cellen op blauw licht reageren en direct met de hersenen communiceren. Precies het type blauwe licht dat energiezuinige lampen uitzenden.
Helaas is het uitgerekend blauw licht dat wordt gefilterd door de vergelende lenzen. Naar schatting krijgt een 45-jarige slechts 50% van de benodigde hoeveelheid blauw licht voor maximale prikkeling van de SCN. Bij 55-jarigen is dit 37 procent en bij 75-jarigen slechts 17 procent, blijkt uit een publicatie van het echtpaar. Uit Europees onderzoek blijkt dat daglicht wel effect heeft op het verlagen van de melatoninespiegel bij jonge vrouwen, maar niet bij vrouwen op middelbare leeftijd. Deze bliujken een veel hogere dosis blauw licht nodig te hebben om te compenseren voor de vergeling. Bij jongere personen heeft blootstelling aan blauw licht om die reden ook een hogere alertheid, minder slaperigheid en een verbeterd humeur tot gevolg. De reden waarom ons humeur doorgaans beter is op een zonnige dag.

Vervangen van troebele ooglens geneest slapeloosheid en slaperigheid overdag
Zweedse onderzoekers ontdekten ook dat patiënten die een cataractoperatie (staaroperatie) hebben ondergaan (operatie waarbij de vertroebelde lens wordt vervangen door een heldere kunstlens) veel minder last hadden van slaperigheid overdag en slapeloosheid ’s nachts. Uit een andere studie bleek na de operatie een verbeterde reactietijd. Turner gelooft dat uiteindelijk aangetoond zal worden dat staaroperaties resulteren in een hoger niveau melatonine, waardoor deze mensen ook minder last hebben van kanker en hartklachten. Ze vragen zich ook af of het wel slim is om, zoals nu gebeurt, een filter in de lens in te bouwen tegen blauw licht. Dit zou maculadegeneratie voorkomen, maar de wetenschappelijke bewijzen hiervoor zijn twijfelachtig. Dat blauw licht nodig is, wordt daarentegen steeds duidelijker.

Meer felle lampen binnenshuis met veel blauw
Vooral ouderen, die veel tijd binnenshuis doorbrengen, lopen risico.  Kunstmatig licht is ongeveer 1000 tot 10 000 maal zo zwak als zonlicht. Tot overmaat van ramp zit kunstlicht in het verkeerde deel van het spectrum. Geen wonder dus dat de al grijzende Dr. Mainster en Dr. Turner extra felle verlichting hebben geïnstalleerd in hun eigen kantoor om de veroudering van hun ogen te compenseren.

Bron:
New York Times

Zou het niet handig zijn als je licht in je broekzak mee kon nemen?

De lichtbatterij (2): opladen en aftappen

Laat een reactie achter / Ideeën en techniek / Door / 21 mei 2011

In theorie is het opslaan van licht in een eeuwig weerkaatsende, van binnen reflecterende torus mogelijk. Maar hoe kan je deze batterij aftappen en opladen? De mogelijkheden.

Een lichtbatterij heeft enkele enorme voordelen. Licht is pure energie. Er is verder geen drager meer nodig, dus met relatief weinig gewicht (in zichzelf opgesloten licht heeft een impliciete massa) kan een enorme hoeveelheid energie worden opgeslagen. Nadelen zijn er ook. Licht beweegt met ongeveer 300 000 km per seconde, dus om de energie vast te houden moeten de spiegels met factor miljard worden verbeterd. Al kan dat, onder voorwaarden, op worden gelost door gebruik te maken van totale interne reflectie.

Zou het niet handig zijn als je licht in je broekzak mee kon nemen?
Zou het niet handig zijn als je licht in je broekzak mee kon nemen?

Behalve dit is er nog een tweede technische probleem. Hoe pomp je de lichtbatterij vol met licht en ontlaad je deze weer? Er zijn enkele mogelijkheden.

Gepolariseerde spiegel of opstaande rand
Er zijn spiegels die alleen licht met de juiste polarisatierichting doorlaten. Als een deel van de ring uit een dergelijke spiegel bestaat, zou je  in principe (dit laatste met nadruk) de ring kunnen vullen met licht in een eenrichtingsproces. Door de voortdurende reflecties zal de polarisatie van het licht binnen de ring uiteindelijk anders zijn dan dat van het invallende licht.

Stel dat het licht tegen de klok in beweegt, dan kan in principe door via een opstaande rand de ring worden gevuld met licht. Helaas zal hierdoor de perfecte symmetrie van het spiegelende vlak worden doorbroken waardoor de batterij extreem snel leegloopt. Het moet om dit te laten werken, dus mogelijk zijn om met een soort schakelaar tijdens het laden de optische eigenschappen van een stukje ring tijdens het laden van de batterij tijdelijk aan te passen. Een oplossing is gebruik maken van het omgekeerde piëzo-elektrische effect: door bepaalde materialen onder spanning te zetten, verandert de vorm (en dus ook de optische eigenschappen).

Evanescerende golven
Een andere oplossing is gebruik maken van het evanescerende-golf effect, zodat het licht precies met de goede golflengte in de ring terechtkomt. Licht kan namelijk als het ware door een spiegel heenlekken, als de brekingseigenschappen van het laagje onder de spiegellaag vergelijkbaar zijn met die van (in dit geval) vacuüm. Omgekeerd kan je ook op die manier licht aftappen uit de batterij, door er een lichtvanger tegen aan te houden.

Fluorescentie
Een andere methode om de batterij op te laden is fluorescentie gebruiken. Door de oppervlakte van de ring van buiten te beschijnen met straling van een bepaalde uitgekiende golflengte, zendt het licht uit dat precies de juiste golflengte heeft om in de ring te blijven weerkaatsen. Op dit principe berusten de TL-buis en de spaarlamp, die ultraviolet licht omzetten in zichtbaar licht. De kans dat een materiaal zowel zeer goed reflecteert als in staat is tot fluorescentie is echter niet zo groot.

Bron
E. Hecht, Optics, Pearson, ISBN 0-321-18878-0

massa uit licht

Massa uit licht maken, hoe massaloos licht massa krijgt

26 reacties / Wetenschap / Door / 31 augustus 2021

Massa uit licht maken is makkelijker dan het lijkt. Het is dus wellicht niet een zo groot raadsel als veel natuurkundigen denken, war massa vandaan komt. Met behulp van de reactiewetten van Newton en de relativiteitstheorie (speciaal en algemeen) kom je een heel eind.

Het is nog steeds een onopgelost raadsel dat deeltjesfysici over de hele wereld tot wanhoop brengt: waar komt massa vandaan? Einstein boekte weliswaar een fundamentele doorbraak met zijn beroemde formule energie is massa maal de lichtsnelheid in het kwadraat, maar toch is nog steeds niet verklaard waar massa vandaan komt. Fotonen, bijvoorbeeld, bezitten wel energie maar geen massa. Het graviton, wat het ook is, is nog steeds compleet spoorloos. Maar misschien is er een oplossing…

Eigenschappen van massa

Massa heeft twee eigenschappen, die voor zover we weten in principe los van elkaar staan: het is traag en het is zwaar. De traagheid van  massa uit zich in de moeite die je moet doen om een brok massa in beweging te krijgen. Een rotsblok van twee kilo is twee keer zo moeilijk in beweging te krijgen (bijvoorbeeld met een snelheid van een meter per seconde omhoog te gooien) als een rotsblok van één kilo.

Als je niet op tijd maakt dat je weg komt, kom je op onzachte wijze in aanraking met een tweede eigenschap van massa: het is zwaar. Hoe meer massa, hoe sterker de zwaartekracht op het blok werkt (en hoe sterkere zwaartekracht het blok uitoefent). Op dit principe bewust de weegschaal. Een weegschaal meet niet je massa maar je gewicht: de kracht die massa uitoefent. Als je massa verdubbelt, verdubbelt je gewicht ook. Eigenlijk is dit merkwaardig. Op het eerste gezicht lijken traagheid en zwaartekracht niets met elkaar te maken te hebben. Ook Einstein waagde zich niet aan de oplossing van dit raadsel: de algemene relativiteitstheorie beschrijft slechts wat massa doet met de ruimte er omheen (en zo zwaartekracht opwekt), niet waarom massa traag is en waarom massa überhaupt de ruimte om zich heen vervormt.

Massa uit licht maken

Einstein voorspelde dat je massa kunt maken uit energie.

massa uit licht
Een van binnen volmaakt spiegelende bol kan massa uit licht maken. Bron: NARA, public domain

Kort geleden is die voorspelling ook waargemaakt, met een extreem krachtige laser waarmee elektron- positronparen zijn gemaakt. Een kilowattuur (3,6 MJ) energie staat bijvoorbeeld gelijk aan veertig miljardste gram. Een bekende techniek in deeltjesversnellers is deeltjes versnellen tot vlak bij de lichtsnelheid waardoor ze veel meer (relativistische) massa krijgen. Op die manier is er veel energie beschikbaar om bij de botsing allerlei (hopen de onderzoekers) nog onontdekte deeltjes te produceren.
Door dit te doen weten we echter nog steeds niet wat massa eigenlijk is: immers ook elektronen en positronen hebben een elementaire massa. Wat we eigenlijk willen bereiken is een systeem zonder massa, op een kunstmatige manier massa geven, m.a.w. zowel traag maken als zwaar.

Een bol gevuld met licht krijgt massa

Het meest voorkomende massaloze deeltje dat we kennen is het foton, het lichtdeeltje. Stel je laat een wolk fotonen met samen een hoeveelheid energie van duizend miljard  (1015) kilowattuur in een massaloze, volmaakt spiegelende bol heen en weer kaatsen. Wat voor proefje je ook verzint, bij elke meting lijkt het alsof de inhoud van de volmaakt spiegelende bol een massa heeft van ongeveer veertig gram.

Licht wordt traag

Wil je de bol bijvoorbeeld van je af verplaatsen, dan krijgen de fotonen die op het moment dat je tegen de bol duwt tegen de wand in je richting botsen, een extra impuls en worden daardoor energierijker. Je neemt dat waar als traagheid. Als je de bol weer afremt tot stilstand, staan de fotonen hun extra energie weer af. Het is iets lastiger om rotatie-inertie in te bouwen, maar als de spiegelende bol binnen een oneffen oppervlakte heeft is ook dit mogelijk. Door de bol te laten draaien worden fotonen zo gedwongen in een bepaalde richting (bijvoorbeeld met de klok mee of tegen de klok in) te bewegen. Dit voelt ook als traagheid. Deze energie is ook weer uit de bol te halen door hem tot stilstand te brengen. Trage massa uit licht, dus.

Licht wordt zwaar

De bol lijkt ook zwaar te zijn: tegen je hand te duwen als hij in je hand ligt. De reden is dat licht een roodverschuiving krijgt als het in een zwaartekrachtsveld naar buiten beweegt. De tijd gaat heel iets langzamer naar de aarde toe dan van de aarde af, waardoor fotonen die aan de onderkant van de bol zijn, energierijker lijken dan aan de bovenkant. Door deze (overigens minuscule) blauwverschuiving ontstaat een kracht naar beneden. De bol lijkt (en is dus, natuurkundig gezien) zwaar. Dus we hebben hier niet alleen trage, maar ook zware massa uit licht gemaakt.

Het ontbrekende stukje aan de zwaartekrachtspuzzel

Er ontbreekt nog één stukje aan de puzzel. Hoe oefent de bol zwaartekrachtswerking uit op andere objecten, met andere woorden: hoe vervormt een biljoen kilowattuur aan weerkaatsende lichtenergie binnen een bol ruimtetijd om zich heen, zoals veertig gram materie dat ook doet? Wat denken jullie? Een ding is duidelijk. Hiervoor moeten we echt diep de speculatieve wetenschap induiken…

Peregrines soliton. Solitonen zijn eenzame golven die ver kunnen reizen zonder uit elkaar te vallen.

Licht als bouwmateriaal

15 reacties / Ideeën en techniek, Universum / Door / 8 februari 2011

Licht gebruiken als bouwmateriaal? Het idee klinkt te krankzinnig voor woorden. Toch is er meer mogelijk dan mensen zich realiseren. Het is namelijk mogelijk om licht in de knoop te leggen. En een ruimteschip gemaakt van licht kan natuurlijk zo snel als het licht…

Het meeste licht komt voor in de vorm van golven. De elementaire eenheid van licht is het lichtdeeltje, het foton. Een foton bestaat uit een elektrisch veld dat steeds wisselt en hierdoor een magnetisch veld opwekt, dat door zijn veranderingen weer een elektrisch veld opwekt.

Solitonen: kogelgolven

De meeste golven lijken op een zich uitbreidende ring (op het wateroppervlak bijvoorbeeld) of bolschil. Er bestaan echter ook golven die lijken op een reizend pakketje. Zulke golven breiden zich niet uit maar blijven zeer lang intact.

Peregrines soliton. Solitonen zijn eenzame golven die ver kunnen reizen zonder uit elkaar te vallen.
Peregrines soliton. Solitonen zijn eenzame golven die ver kunnen reizen zonder uit elkaar te vallen.

Deze “eenzame golven” worden solitonen genoemd. Anders dan normale golven bestaan ze niet alleen uit een lineair (voorspelbaar)  maar ook uit een niet-lineair deel (een deel dat op zichzelf reageert, als je over je manier van denken nadenkt ben je dus niet-lineair bezig). Het niet-lineaire deel houdt als het ware de golf bij elkaar.

Solitonen komen in allerlei typen golvende media voor. De eerste keer dat een soliton werd beschreven was in 1834 door de Schotse ingenieur John Scott Russell. De geheimzinnige golf vormde zich  in een nauw kanaal. Russell, diep onder de indruk, zette te paard de achtervolging in tot na enkele kilometers de golf verdween.

Eind negentiende eeuw ontdekten de Nederlanders Korteweg en de Vries de KdV-vergelijking die de golven beschrijft. De eenzame golven doken in allerlei media op, van supergeleiders tot rolwolken, in de akoestiek en in kwantumvloeistoffen. Tegenwoordig worden deze kogelgolven onder meer dankbaar gebruikt in glasvezeltechniek:  ze verspreiden zich niet snel, waardoor het signaal helder blijft.

Solitonen vertonen enkele eigenschappen die we anders met materie associëren: ze kunnen op elkaar afketsen, samensmelten of juist in kleinere solitonen uiteenvallen. Enkele mooie voorbeelden zijn op deze website te vinden.

Ruimteschip bouwen met solitonen
Kortom: solitonen zouden wel eens een interessant, weliswaar niet erg sterk maar wel massaloos bouwmateriaal kunnen zijn. Precies wat je zoekt voor een ruimteschip waarmee je zo snel kunt als het licht, want met massa kost dat heel erg veel energie.

De unieke morning glory rolwolken boven Burketown in Noord-Australië: een voorbeeld van solitonen in de atmosfeer.
De unieke morning glory rolwolken boven Burketown in Noord-Australië: een voorbeeld van solitonen in de atmosfeer.

Vervelend is alleen dat solitonen alleen voorkomen in niet-lineaire media. Vacuüm is wel lineair, tenzij met laserlicht zo extreem veel energie in het licht wordt gepompt dat het vacuüm uiteen wordt getrokken. Dit is in een experiment kort geleden gelukt. In principe zou je dus door extreem krachtig laserlicht te bundelen solitonen kunnen creëren waarmee een door mensen gemaakte structuur ongeveer zo snel als het licht naar een naburige ster kan worden gestuurd.

Aanvullend voordeel is dat micrometeorieten of interstellair gas geen issue meer is. Deze vliegen dwars door de lichtsolitonen heen.  Je kan je voorstellen dat een structuur van licht, een lichtschip zo je wilt, op weg wordt gestuurd en zodra het materie raakt, hierin de atomen zo herschikt dat een zelf-assemblerende machine ontstaat die verdere instructies krijgt.

Massaloze solitonbrandstof
Of misschien kan een microruimteschip aangedreven worden door een massaloos solitonhulsel (dat door langzaam uiteen te vallen energie levert) dat op de een of andere manier ook interstellaire materie uitschakelt (bijvoorbeeld door deze te magnetiseren en weg te schieten). Misschien maken vergevorderde aliens ook wel gebruik van deze techniek.

Dit idee is, ik zeg het met nadruk, uiterst speculatief. Het gaat uit van een aantal veronderstellingen (zoals dat ingewikkelder solitonstruturen te bouwen zijn dan de kleine verzamelingen bollen die hierboven beschreven zijn), die later door verder onderzoek ontkracht kunnen worden. Die kans is zelfs vrij groot. Wel zijn er al lichtmoleculen, bestaande uit twee solitonen, aangetroffen.