El inventor de la capa de invisibilidad ahora tiene mejores trucos bajo la manga

La cocina de John Pendry está dominada por una enorme fotografía de lo que parece la vista a través de un caleidoscopio: vertiginosos fragmentos de púrpura, verde, amarillo y blanco. Dado que Pendry es famoso sobre todo por inventar una capa de invisibilidad (un dispositivo que puede desviar la luz alrededor de los objetos), me pregunto si estoy viendo algo relacionado con eso.

Pero no, me dice, la imagen simplemente muestra cristales de vitamina C ampliados muchas veces. Todo eso de la capa de invisibilidad es cosa del pasado, dice, y ha pasado a “cosas más emocionantes”.

Es un comentario descartable, pero revela algo de por qué siempre me ha parecido tan interesante Pendry, que trabaja en el Imperial College de Londres. Se trata de alguien que inventó un dispositivo hace 20 años que suena a magia, pero su verdadero legado apenas se aprecia. Si los ingenieros se salen con la suya, las ideas de Pendry pronto darán forma a todo, desde la protección contra terremotos hasta los vehículos autónomos. Sin embargo, parece apenas pensar en las aplicaciones de su famoso avance, y en lugar de eso se concentra en la cuestión de si, para su próximo truco, puede desviar la luz a través del tiempo en lugar del espacio, y así construir materiales que puedan simular la física salvaje de los agujeros negros. Son estas y otras ideas las que me han traído a su casa para almorzar.

La carrera de Pendry comenzó en la década de 1970. Se formó como físico teórico antes de trabajar como un autodenominado científico, centrándose en problemas bastante pasados ​​de moda. Entre otras cosas, estaba interesado en los detalles granulares de cómo interactúan los electrones con la materia sólida.

Entonces, un día a mediados de la década de 1990, un colaborador le mostró una pieza especial de tecnología furtiva que se había desarrollado para ocultar los barcos británicos del radar. Era un polímero impregnado de fibras de carbono, esparcidas caóticamente en muchas capas. Algo hizo clic. Pendry se dio cuenta de que no eran los átomos de carbono, per se, los que permitían que el material funcionara con tanta eficacia, sino cómo estaban estructurados en filamentos desordenados.

Pendry se había topado con la ciencia de los metamateriales. En el sentido más amplio, un metamaterial es una sustancia que tiene propiedades que no ocurren naturalmente. Un metamaterial mecánico, por ejemplo, podría volverse más grueso cuando se estira. Los científicos también habían propuesto el concepto de un metamaterial óptico, que sería capaz de doblar y manipular la luz de una manera que ninguna lente natural podría hacerlo, pero nadie había encontrado nunca una forma práctica de fabricar uno. El avance de Pendry fue formular, por primera vez, una descripción teórica integral de cómo funcionan los metamateriales y demostrar que se pueden producir grabando pequeños surcos, anillos o pilares en una sustancia ordinaria.

Aparece la capa de invisibilidad

Pendry reconoció que ésta era una vía para revivir una propuesta radical del físico soviético Victor Veselago. Décadas antes, en la década de 1960, Veselago había imaginado materiales que refractarían la luz a la inversa, provocando que una simple losa enfocara la luz en lugar de dispersarla. Durante mucho tiempo se supuso que era imposible, pero Pendry descubrió cómo lograr que la luz obedezca las extrañas reglas matemáticas que Veselago había esbozado.

La capa de invisibilidad, presentada en 2006, fue el momento en que esta física abstracta irrumpió en la vista del público en medio de un coro entusiasta de cobertura periodística. Pero Pendry describió la idea por primera vez un año antes, en una conferencia en San Antonio, Texas, a la que asistieron principalmente investigadores de defensa. “Me dieron la misión de ‘mejorar las cosas’, lo cual hice con una charla inexpresiva sobre los detalles matemáticos de la óptica de transformación”, bromea. “Entonces, justo cuando la gente podría haber estado a punto de preguntar cuál era el uso de todo esto, escribí una fórmula simple, junto con un boceto de cómo sería una capa de invisibilidad funcional. Luego me senté y vi cómo la habitación estallaba”.

Fue un momento de extravagancia inusual en alguien tan discreto como Pendry, pero al público le encantó. Continuó desarrollando el primer prototipo funcional de una capa de invisibilidad con colaboradores de la Universidad de Duke en Carolina del Norte, que ocultaba el dispositivo y un objeto de las microondas, una de las formas más simples de acorralar de radiación electromagnética. Lamentablemente, su apariencia es menos teatral de lo que sugiere el nombre: parece una placa de circuito, no una capa que podrías ponerte sobre los hombros.

Cuando llega la hora de almorzar, Pendry se pone un delantal, calienta con cuidado la sopa de champiñones en el microondas y pone la mesa. Es un contrapunto extrañamente mundano a un hombre cuyas ecuaciones convencieron brevemente al mundo de que la física de Harry Potter podría ser real. Más tarde me dijeron que la sopa es algo de último momento y que no es representativa de su nivel habitual de cocina, mucho más seguro. Lo creo. Su sala de estar está repleta de libros de mesa sobre gastronomía molecular, muchos de ellos escritos por Nathan Myhrvold, el capitalista de riesgo con sede en San Francisco que también incursiona en la fotografía y la ciencia de los alimentos.

Myhrvold resulta ser una figura importante en la historia de Pendry: los dos han compartido una larga relación profesional y es la enorme fotografía de vitamina C de Myhrvold (en la foto de arriba) la que adorna la pared de la cocina.

Myhrvold posee alrededor de 60 patentes de metamateriales de Pendry y ha fundado varias empresas basadas en sus ideas. Él imagina metamateriales integrados en todo, desde automóviles autónomos y robots humanoides hasta satélites de comunicaciones 6G dentro de la próxima década. Los analistas estiman que el mercado que persigue podría valer alrededor de £6 mil millones para 2033.

De hecho, los metamateriales parecen estar finalmente despegando. Muchos han alcanzado la madurez comercial, apareciendo algunos de los avances más llamativos en los llamados metalenses. En lugar de desviar la luz a través de vidrio curvo, los metalenses dan forma a la luz directamente utilizando superficies estampadas con densos bosques de estructuras a nanoescala, cada una de las cuales actúa como una pequeña antena. El resultado es una lente delgada como el papel, de apenas micrómetros de espesor, que puede superar a la óptica tradicional. En lugar de apilar elementos de vidrio pesados ​​dentro de una cámara, una sola capa plana puede hacer el trabajo. “Una aplicación es colocarlos en estos drones”, dice Pendry. “Se pueden tener drones muy, muy pequeños que aún tienen muy, muy buena óptica, porque tienen lentes extremadamente livianas”. Los teléfonos inteligentes y los cascos de realidad virtual ahora también pueden llevar sistemas ópticos de alto rendimiento sin la penalización habitual de peso.

Myhrvold también está utilizando las ideas de Pendry para reinventar los vehículos autónomos. La mayoría de los vehículos autónomos dependen del lidar, un radar basado en luz que escanea el entorno barriendo rayos láser a través de él para crear una imagen detallada en 3D. Los sistemas lidar actuales suelen lograr esto girando físicamente espejos o sensores completos, lo que los hace voluminosos, frágiles y costosos. Myhrvold cree que los metamateriales podrían cambiar eso y está desarrollando sistemas lidar que dirigen rayos láser electrónicamente, sin ninguna pieza móvil.

Incluso existen metamateriales que pueden controlar las ondas sísmicas que atraviesan la Tierra. A nivel matemático, estas ondas se comportan de manera muy parecida a la luz, por lo que los mismos principios que gobiernan los metamateriales ópticos pueden usarse para desviar un terremoto de los cimientos de un edificio.

Sin embargo, la comercialización no es lo que le importa a Pendry. “Sé en qué soy bueno y sé en qué no soy muy bueno”, dice. “Y el desarrollo de productos nunca fue algo que me entusiasmara”. En cualquier caso, al principio no estaba seguro de que sus ideas alguna vez fueran a generar dinero.

Dado que se trata de un hombre que disfruta de las minucias (tanto de la ciencia como de la vida cotidiana), tal vez tenga sentido que haya perdido interés en la capa de invisibilidad. La tecnología se ha vuelto demasiado grande y difusa para su gusto. Industrias enteras todavía se están poniendo al día con sus implicaciones, pero para Pendry, el trabajo intelectual ya está hecho. “Llega un punto en el que la investigación empieza a alejarse de ti”, me dice. “Todo es muy interesante, pero no puedo añadir mucho más. Así que hagamos algo realmente nuevo y emocionante”.

Metamateriales temporales

¿Y qué es esa novedad? Bueno, los metamateriales se han utilizado tradicionalmente para controlar cómo se mueve la luz a través del espacio. Pero desde la teoría general de la relatividad de Albert Einstein, sabemos que el espacio y el tiempo son en realidad dos caras de la misma moneda: el espacio-tiempo. Hace algunos años, Pendry comenzó a preguntarse si podrían existir metamateriales temporales, que también controlarían cómo se mueve la luz en el tiempo.

Hace un gesto hacia mi teléfono, que está grabando mientras nos sentamos en su sala de estar. Dentro de la pantalla de cada teléfono inteligente, dice, hay un material llamado óxido de indio y estaño. Golpéelo con un láser y pasará de opaco a transparente en escalas de tiempo ultrarrápidas. Para una onda de luz que viaja a través del material, ese cambio parece casi instantáneo, lo que rompe uno de los supuestos más básicos de la óptica: que la energía se conserva a medida que la luz atraviesa la materia. El resultado de esto es que un metamaterial temporal puede inyectar energía en una onda o drenarla, cambiando su frecuencia. La luz roja se vuelve azul. Las microondas se vuelven infrarrojas. Son una especie de piedra filosofal que puede transmutar un tipo de onda electromagnética en otro.

Estos nuevos metamateriales podrían resultar muy reveladores. En particular, podrían convertirse en una forma de explorar una física que de otro modo sería inaccesible y que normalmente sólo entra en juego en circunstancias extremas. Tomemos como ejemplo los agujeros negros. En 2023, Pendry calculó lo que sucedería si se construyera un material cuyo patrón interno cambiara en el tiempo de modo que pareciera moverse casi a la velocidad de la luz. En esas condiciones, las matemáticas producen puntos que la luz no puede cruzar; en otras palabras, un análogo del horizonte de sucesos de un agujero negro. Dice que una realización experimental de sus ideas podría proporcionar una nueva forma de estudiar los agujeros negros en un laboratorio.

Un ejemplo aún más extraño es el del efecto Casimir. Coloque dos placas de metal a unos pocos nanómetros de distancia en el vacío y, contrariamente a la intuición, se juntarán. El efecto surge gracias a las fluctuaciones de los campos cuánticos en el vacío. Pero Pendry ha señalado que cambiar las propiedades electromagnéticas de un material en el tiempo puede producir una versión dinámica del mismo fenómeno, donde esta presión sutil puede aumentarse para producir un análogo cuántico de fricción nunca antes visto. Varios grupos de investigación independientes están explorando ahora cómo probar esto en metamateriales temporales reales.

Nada de esto es sencillo. Las ecuaciones de la óptica se basaron en el supuesto de que los materiales permanecen quietos. Una vez que empiezan a cambiar en escalas de tiempo de femtosegundos, las matemáticas empiezan a deshilacharse. Además, muchos de los efectos que Pendry predice se sitúan al borde de la detectabilidad. Pero es exactamente este territorio –donde la teoría, el experimento y la intuición pierden brevemente su alineación– en el que Pendry parece sentirse más a gusto.

Antes de irme, Pendry levanta un pequeño marco del suelo junto a la chimenea. Explica que, al igual que Myhrvold, le gusta tomar fotografías y esta es una de sus instantáneas que su esposa ha reutilizado para convertirla en una pantalla para el fuego. Muestra algunas mariposas que fotografió durante un paseo, la más impresionante de las cuales es una Adonis azul, cuyas alas destellan un azul eléctrico e iridiscente. El color, explica, no es un pigmento: es el resultado de que el ala de la mariposa sea un metamaterial natural, cuya arquitectura a nanoescala dispersa la luz.

“Siempre me gusta usar mariposas cuando explico los metamateriales a gente nueva”, dice Pendry. Por un momento, me sorprende que no utilice su mundialmente famosa capa de invisibilidad como introducción definitiva al poder de los metamateriales. Pero luego me doy cuenta de que se trata de Pendry: un hombre que prefiere no insistir en sus avances, sino desaparecer de nuevo en el laboratorio y hacer algunos más.

Temas: