Voilà: onmogelijkheid in zijn puurste vorm

9 december 2016

Een kristal met een regelmatig patroon dat zich nergens herhaalt. Klinkt onmogelijk, maar ze bestaan toch echt, deze quasikristallen. Een briljante natuurkundige bedacht dergelijke patronen al voor ze werden aangetroffen in de natuur. In meteorieten, bijvoorbeeld, nu weer in Rusland.

In 1974 publiceerde de wiskundige Roger Penrose een artikel met daarin plaatjes van twee tegels waarmee je een muur kunt betegelen op zo’n manier dat er geen terugkerend patroon verscheen. De tegels staan bekend als Penrose tilings.

Penrose is een icoon in de natuurkunde, geroemd om zijn werk met Stephen Hawking, die bij hem promoveerde en verguisd om zijn filosofieën rond het menselijk bewustzijn. Volgens Penrose werkt het brein kwantummechanisch, iets wat de meeste natuurkundigen zich niet voor kunnen stellen. Onmogelijk dat kwantumsuperposities kunnen blijven bestaan in dat warme natte papje dat ons brein is.

Inspiratiebron voor M.C. Escher

Als twintiger bedacht Penrose samen met zijn vader de ‘Penrose triangel’, die de grafisch kunstenaar M.C. Escher inspireerde tot het magische plaatje ‘de Waterval’ –  waarin water dat naar beneden stroomt weer twee verdiepingen hoger aankomt en naar beden valt en een watermolen aandrijft. ‘Impossibility in its purest form’, schreven vader en zoon over de Penrose triangel.

Optical Illusion Penrose triangle

De Penrose betegeling leek net zoiets onbruikbaars. Een briljant idee, leuk voor kunstenaars en doorgeflipte tegelzetters. Delen van de straten in Helsinki zijn betegeld met Penrose tegels.

Helsinki Maths Mystery - Penrose tiles

Eerst weggelachen, nu toegepast in medische apparatuur

Maar in 1982 vond de Israëlische chemicus Daniel Shechtman in zijn lab een kristal met een regelmatig patroon dat zichzelf nergens herhaalt. Toen hij het voorlegde aan zijn collega’s werd hij letterlijk uitgelachen en zelfs gevraagd om het lab te verlaten. Een quasikristal? Onmogelijk dat zoiets zou bestaan. Jarenlang geloofde niemand hem, tot ook andere wetenschappers quasikristallen begonnen te maken.

Inmiddels zijn er ongeveer honderd soorten synthetische quasikristallen bekend. Ze vinden toepassingen in LED-lampjes en medische apparatuur. In de natuur is een quasikristal alleen gevonden in een meteoriet die eind jaren zeventig gevonden werd in de Koryak gebergte in het oosten van Rusland. Paul Steinhardt en geoloog Luca Bindi hakten de steen kapot en vonden de magische stof. Schechtman kreeg in datzelfde jaar de Nobelprijs. 

Nu is er opnieuw een quasikristal gevonden in deze zelfde meteoriet. Het bijzondere aan dit quasikristal is dat het nooit eerder in een laboratorium gemaakt is. Het is een compleet nieuwe natuurlijke quasikristal. 

En oh ja.. Het idee van Roger Penrose dat ons brein soms werkt als een quantumcomputer wordt ook voorzichtig weer afgestoft.

Paul Steinhardt et al, 'Collisions in outer space produced an icosahedral phase in the Khatyrka meteorite never observed previously in the laboratory', in Scientific Reports, 8 december 2016.