Stel, je staat in een bank te wachten. Twee mannen met bivakmutsen op komen binnenrennen met een vreemd voorwerp. De mannen verdwijnen uit beeld. Dan, na een minuut zie je ze in een flits opduiken met tassen vol geld. Natuurkundigen is nu iets gelukt dat op het eerste gezicht uit een science fictionfilm komt: een gat in de tijd maken.

 

Wat is een onzichtbaarheidsmantel?

Onzichtbaarheidsmantels zijn het resultaat van de pasontdekte vaardigheid om elektromagnetische velden op extreme manieren te vervormen. Onzichtbaarheidmantels komen er in feite op neer om het licht rond een volume in de ruimte te sturen, zodat alles binnen dit volume onzichtbaar is. Dit effect heeft zeer veel interesse gewekt. Wie wil niet om elke reden dan ook af en toe onzichtbaar zijn of dingen aan het zicht onttrekken? De eerste onzichtbaarheidsmantels werkten alleen voor microgolven – deze zijn zo groot dat het niet moeilijk is metamaterialen te maken die microgolven om een voorwerp heen buigen. In slechts enkele jaren zijn natuurkundigen er in geslaagd om sluiers te ontwikkelen die voorwerpen voor geluid, licht en ook golven op de oceaan onzichtbaar maken. Of, nog opmerkelijker, illusoire mantels die een voorwerp op een ander voorwerp kan laten lijken.

Onzichtbaarheid in de tijd: Tijd-cloaking

Moti Fridman en zijn collega’s van Cornell University in het Amerikaanse plaatsje Ithaca, hebben nu een onzichtbaarheidsmantel ontworpen die gebeurtenissen in de tijd verbergt. Tijd-cloaking is mogelijk omdat er een bepaalde wiskundige overeenkomst (dualiteit) bestaat tussen ruimte en tijd in de elektromagnetische theorie van Maxwell. De diffractie van een lichtbundel in de ruimte (i.e. het om een obstakel heen buigen van lichtgolven) is wiskundig gezien equivalent aan de propagatie van licht in de tijd door een dispersief medium (een medium waarin verschillende kleuren, oftewel golflengtes, verschillende snelheden hebben). Met andere woorden: diffractie en dispersie zijn symmetrisch in ruimtetijd.

Hoe een tijdlens gebeurtenissen verbergt

Wat tot een interessant idee leidt. Net als het mogelijk is een lens te maken die met behulp van diffractie licht bundelt, is het ook mogelijk dispersie te gebruiken om een lens te maken die licht bundelt… op een gegeven tijdstip. “Een dergelijke tijdlens kan, bijvoorbeeld, gebeurtenissen uitrekken of samenpersen in de tijd,” aldus Fridman en co. Van dit effect is gebruik te maken om een tijds-onzichtbaarheidsmantel te construeren. De truc: plaats twee tijdlenzen achter elkaar en stuur er een bundel licht doorheen. De eerste lens comprimeert het licht in de tijd terwijl de tweede het decomprimeert. Zie de afbeelding. Dit laat echter een causaal gat vallen. Voor een korte periode is er namelijk een gat in de tijd, waarin gebeurtenissen die plaatsvinden niet worden waargenomen. Voor een waarnemer lijkt het licht dat uit de tweede tijdlens komt niet vervormd, met andere woorden het lijkt alsof er niets gebeurd is.

Beperkingen en toekomstpotentieel

Helaas – of gelukkig – zijn er nog de nodige beperkingen aan deze tijdverhulling. De tijdscloak van Cornell is alleen in staat voor 110 miljardste seconden gebeurtenissen te verhullen. Volgens Fridman en de zijnen is het beste wat ze kunnen bereiken 120 miljoenste seconden. Nog geen milliseconde dus. Voorlopig hoeven bankiers zich dus nog geen zorgen te maken. Maar zou het hierbij blijven?

Vooruitgang in tijdverhullingstechnologie

In 2013 demonstreerden onderzoekers van Purdue University een methode voor “tijdverhulling” in optische communicatie, waarbij ze een groter percentage van de tijd konden verhullen, wat potentieel praktische toepassingen mogelijk maakt in telecommunicatie . Daarnaast heeft recent onderzoek aangetoond dat tijdsverhulling niet beperkt is tot optische systemen; er zijn ook experimenten uitgevoerd met akoestische tijdsverhulling, waarbij geluidsgolven tijdelijk worden gemaskeerd. [3]

Toepassingen en beperkingen

De huidige toepassingen van tijdsverhulling bevinden zich voornamelijk op het gebied van databeveiliging en signaalverwerking. Zo is er onderzoek gedaan naar het gebruik van tijdsverhulling voor het onderdrukken en later terughalen van gegevens, wat kan bijdragen aan veiligere communicatiekanalen . Echter, ondanks deze vooruitgang blijven er beperkingen bestaan, zoals de complexiteit van de benodigde apparatuur en de beperkte duur van de verhulde tijdsperioden.Optica Publishing Group+1arXiv+1Arizona State University

Toekomstige richtingen

Voor de toekomst ligt de focus op het verlengen van de duur van tijdsverhulling en het toepassen ervan in diverse domeinen, zoals kwantumcommunicatie en geavanceerde computingsystemen. Daarnaast wordt er onderzoek gedaan naar het combineren van ruimtelijke en temporele verhulling om volledige ruimtetijdverhulling te realiseren. Hoewel volledige onzichtbaarheid in tijd op menselijke schaal nog niet haalbaar is, bieden deze ontwikkelingen veelbelovende perspectieven voor zowel fundamenteel onderzoek als praktische toepassingen.

Bronnen
1. Fridman et al., Demonstration Of Temporal Cloaking, arxiv.org
2. First Demonstration Of Time Cloaking, MIT Technology Review ArXiv blog
3. ‘Temporal cloaking’ could bring more secure optical communications, laserfocusworld.com
4.