«Κάθε μέρα παίζεις με το φως του σύμπαντος» έγραψε ο Χιλιανός ποιητής Πάμπλο Νερούντα. Ο φυσικός Ντ. Σμιθ του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια ακολουθεί αυτή τη φράση κατά γράμμα. Κάθε μέρα προσπαθεί να βρει τρόπους για να λυγίσει το φως, αντίθετα από τον τρόπο που διαθλάται στη φύση. Μαζί με μια ομάδα συναδέλφους του, που συμμερίζονται τον ίδιο στόχο, προσπαθεί να κατασκευάσει υλικά που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε εφαρμογές, από καλύτερες κεραίες κινητών τηλεφώνων, μέχρι δίσκους DVD που θα χωρούν όχι μία, αλλά 100 κινηματογραφικές ταινίες σε ψηφιακή μορφή.

Αυτά τα παιχνίδια με το φως εμπνεύστηκε πρώτος ο Σοβιετικός φυσικός Βίκτορ Βεσελάγκο, μέλος της Ακαδημίας Επιστημών της ΕΣΣΔ. Το 1964 ο Βεσελάγκο διατύπωσε τη θεωρία ότι οι νόμοι της φύσης επιτρέπουν τη δημιουργία υλικών που περιέγραψε ως «αριστερόστροφα» εξαιτίας του τρόπου που διαθλούν το ορατό φως ή οποιαδήποτε άλλη ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία περάσει μέσα απ' αυτά. Στα συνηθισμένα διαφανή υλικά που βρίσκονται στη φύση, το φως που τα διατρέχει, ας πούμε προς την κατεύθυνση του δείκτη του δεξιού χεριού, έχει ηλεκτρικό πεδίο με κατεύθυνση προς τα αριστερά, δηλαδή την κατεύθυνση του μέσου όταν λυγίσει κάθετα προς το δείκτη, και μαγνητικό πεδίο με κατεύθυνση προς τα πάνω, δηλαδή την κατεύθυνση του αντίχειρα όταν σηκωθεί ώστε να είναι επίσης κάθετος προς το δείκτη. Στο παράξενο υλικό του Βεσελάγκο, αυτοί οι προσανατολισμοί είναι αντεστραμμένοι, έτσι ώστε να ακολουθούν τον ίδιο κανόνα των τριών δακτύλων, αλλά του αριστερού χεριού.

Ετούτη η φαινομενικά ασήμαντη αλλαγή οδηγεί σε πολύ παράδοξες συνέπειες. Η πιο παράδοξη απ' όλες είναι ο αρνητικός δείκτης διάθλασης, δηλαδή το μέτρο της διαθλαστικής ικανότητας ενός υλικού. Το γυαλί, το νερό και κάθε άλλο γνωστό διαφανές υλικό έχουν θετικό δείκτη διάθλασης, δηλαδή όταν η φωτεινή ακτίνα περάσει από το αραιότερο στο πυκνότερο μέσο καμπυλώνεται, ώστε να πλησιάσει την κάθετο στο επίπεδο διάθλασης. Ετσι, μια πισίνα φαίνεται πιο ρηχή απ' ό,τι είναι στην πραγματικότητα και ένας μεγεθυντικός φακός συγκεντρώνει τις παράλληλες ακτίνες του ηλιακού φωτός σε μια εστία. Αντίθετα, ένας αριστερόστροφος μεγεθυντικός φακός θα προκαλούσε διάχυση του φωτός, ενώ ένας κοίλος φακός ή ακόμα και ένα επίπεδο κομμάτι αριστερόστροφου γυαλιού θα συγκέντρωνε το φως σε μια εστία. Ομως, ο Βεσελάγκο δεν είχε κανένα τρόπο εκείνη την εποχή να κατασκευάσει αριστερόστροφα υλικά και έτσι η εργασία του έμεινε στην αφάνεια.

Τρεις δεκαετίες μετά, ο Τζ. Πέντρι, του Ιμπίριαλ Κόλετζ του Λονδίνου, αντιλήφθηκε ότι αν και τα αριστερόστροφα υλικά δεν υπάρχουν στη φύση, ίσως μπορούσαν να κατασκευαστούν σύνθετα υλικά, που θα επιδείκνυαν συμπεριφορά αριστερόστροφων. Τα συστατικά στοιχεία τέτοιων υλικών θα ήταν μικρές μεταλλικές δομές που συλλογικά θα αντιδρούσαν στον ηλεκτρισμό και το μαγνητισμό με ασυνήθιστο τρόπο. Τα ηλεκτρικά φορτία μέσα σε ένα υλικό διατάσσονται με ένα συγκεκριμένο τρόπο κάτω από την επίδραση ηλεκτρικού φορτίου. Αλλά σε μια διάταξη από λεπτά, αγώγιμα σύρματα, τα επιφανειακά ηλεκτρόνια δεν ανταποκρίνονται όσο γρήγορα ανταποκρίνονται τα υπόλοιπα, με αποτέλεσμα τα ηλεκτρικά φορτία να μετακινούνται αντίθετα απ' ό,τι συνήθως, σε σχέση με την πόλωση του ηλεκτρικού πεδίου. Το 1999 ο Πέντρι και οι συνεργάτες του έκαναν μια σειρά υπολογισμών με βάση την οποία ένα ανοιχτό μεταλλικό δαχτυλίδι, κάτι σαν το σχήμα του λατινικού γράμματος C, θα επιδείκνυε ανάλογη αντίστροφη με τη συνηθισμένη συμπεριφορά και ως προς τα εφαρμοζόμενα μαγνητικά πεδία.

Δύο δημοσιευμένες εργασίες που περιέγραφαν τα παραπάνω συγκέντρωσαν την προσοχή του Σμιθ και του Σ. Σουλτς, που βάλθηκαν να κατασκευάσουν αριστερόστροφα υλικά αξιοποιώντας τους υπολογισμούς των συναδέλφων τους. Διαπίστωσαν ότι ένα ανοιχτό μεταλλικό δαχτυλίδι μέσα σε ένα άλλο ανοιχτό μεταλλικό δαχτυλίδι είχε ακόμα καλύτερα αποτελέσματα από το ένα δαχτυλίδι. Μετά από αρκετό πειραματισμό τύπωσαν πάνω σε φιλμ μια διάταξη τέτοιων ανοιχτών δαχτυλιδιών από χαλκό και τα επικόλλησαν πάνω σε ένα φύλλο φάιμπεργκλας. Υστερα πρόσθεσαν μια σειρά από παράλληλα μεταλλικά σύρματα στην άλλη πλευρά του φάιμπεργκλας, ώστε να πετύχουν την αντιστροφή και των ηλεκτρικών ιδιοτήτων. Τελικά τοποθέτησαν τα φύλλα φάιμπεργκλας κάθετα μεταξύ τους, ώστε να δημιουργηθεί ένα κυψελωτό δίκτυο που θα λειτουργούσε σαν αριστερόστροφο πρίσμα.

Το επόμενο στάδιο ήταν να διαπιστώσουν αν το υλικό τους συμπεριφερόταν έτσι όπως πρόβλεψε ο Βεσελάγκο. Επειδή η δομή με ανοιχτά δαχτυλίδια μπορεί να λειτουργήσει μόνο σε μήκη κύματος μεγαλύτερα από τη διάμετρο των δαχτυλιδιών (5 χιλιοστά) θα είχε αποτέλεσμα μόνο στο κομμάτι του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος από τα μικροκύματα και προς μεγαλύτερα μήκη κύματος. Το ορατό φως δεν μπορούσε να χρησιμοποιηθεί. Την άνοιξη του 2001 ανακοίνωσαν τα αποτελέσματά τους: Η διάθλαση των μικροκυμάτων που παρατηρήθηκε έδινε αρνητικό δείκτη διάθλασης ίσο με -2,7!

Ποιος ήταν ο πρώτος που ενδιαφέρθηκε για την τεχνολογική πραγμάτωση της θεωρίας του Σοβιετικού επιστήμονα; Δυστυχώς, ήταν η Υπηρεσία Προχωρημένων Ερευνητικών Εργων (DARPA) του στρατού των ΗΠΑ, που θέλει να τη χρησιμοποιήσει για καλύτερες τηλεπικοινωνίες των δολοφόνων στους οποίους ανατίθεται η εφαρμογή της «Παξ Αμερικάνα». Από κοντά και οι πολυεθνικές τηλεπικοινωνιών που ελπίζουν ότι με τα αριστερόστροφα υλικά θα μπορέσουν να τοποθετούν κεραίες πολύ κοντά τη μια στην άλλη με ελάχιστες παρεμβολές.

Αλλά ο Πέντρι έχει ένα άλλο όραμα για τις χρήσεις αριστερόστροφων υλικών που θα λειτουργούσαν με το ορατό φως. Απέδειξε ότι θα αποτελούσαν τον ιδανικό φακό. Οι συμβατικοί φακοί δεν μπορούν να αποκαλύψουν λεπτομέρειες μικρότερες από το μήκος κύματος του φωτός που συγκεντρώνουν, έτσι έχουν ένα όριο διακριτικής ικανότητας που κινείται σε μερικές εκατοντάδες δισεκατομμυριοστά του μέτρου. Αυτό το όριο αφορά το φως που κινείται οπουδήποτε μέσα στο σύμπαν. Αλλά υπάρχει και μια ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, που περιβάλλει τα φωτεινά ή φωτοανακλαστικά σώματα, γνωστή ως εγγύς πεδίο, με μήκος κύματος μερικών δεκάδων δισεκατομμυριοστών του μέτρου και η οποία ακριβώς γιατί έχει μικρότερο μήκος κύματος περιέχει τις περισσότερες λεπτομέρειες για την εξωτερική εμφάνιση των σωμάτων. Για τον ίδιο λόγο η ακτινοβολία αυτή δεν είναι ορατή μέσω των συνήθων οπτικών μέσων. Το 2000 ο Πέντρι αντιλήφθηκε ότι ένας επίπεδος φακός από αριστερόστροφο υλικό θα συγκέντρωνε αυτή την ακτινοβολία του εγγύς πεδίου και θα έδινε μια εικόνα με ανάλυση πολύ καλύτερη από ένα μήκος κύματος. Το πείραμα του Σμιθ επιβεβαίωσε ότι ένας τέτοιος φακός υπάρχει, τουλάχιστον για τα μικροκύματα.

Αν κατασκευαζόταν ανάλογος φακός και για το οπτικό φάσμα, θα μπορούσαν να κατασκευαστούν ακόμα πιο μικροσκοπικά ολοκληρωμένα κυκλώματα, θα μπορούσαν να συμπιεστούν ακόμα περισσότερες στοιχειώδεις πληροφορίες πάνω στην επιφάνεια ενός οπτικού δίσκου όπως ο δίσκος DVD και θα μπορούσαν να μελετηθούν ως τώρα αόρατες φυσικές διεργασίες που εξελίσσονται πάνω στην επιφάνεια των φυσικών σωμάτων. Για να λειτουργήσει η διάταξη του Σμιθ σαν φακός για ορατό φως θα έπρεπε τα μεταλλικά δαχτυλίδια να είναι 10.000 φορές μικρότερα. Αν και αυτό μπορεί να γίνει, δυστυχώς οι ηλεκτρικές ιδιότητες των μετάλλων αλλάζουν σε τόσο μικρές κλίμακες. Ετσι, όπως παραδέχεται ο Σμιθ, «δεν υπάρχει αυτή τη στιγμή οπτικό ανάλογο του υλικού που κατασκευάσαμε». Οι ομάδες των ερευνητών εξετάζουν τώρα διαφορετικές τακτικές για την κατασκευή ενός αριστερόστροφου φακού ορατού φωτός.

Ανεξάρτητα από την επιτυχία τους ή μη, δεν παύει να προκαλεί θαυμασμό το γεγονός, ότι ο άνθρωπος με τη βοήθεια της επιστήμης κατάφερε να συλλάβει και να κατασκευάσει ένα υλικό που δεν υπάρχει στη φύση (τουλάχιστο τη γνωστή στον άνθρωπο φύση) και μέσα απ' αυτό να πετύχει την εκδήλωση των φυσικών νόμων με τρόπο, που ίσως δε θα εκδηλώνονταν αυθόρμητα ποτέ. Αλλά πάλι και ο άνθρωπος είναι ένα κομμάτι της φύσης...