Icon up Overzicht

Ad Lagendijk

Onderwerp: Licht, Optica (licht en lenzen) (havo)

Op 3 maart interviewden Ramy El-Dardiry en Roderick Knuiman professor Ad Lagendijk, hoogleraar Waves in Complex Media aan de Universiteit Twente, als onderdeel van de interviewreeks met Spinozapremie winnaars.

De Spinozaprijs is de belangrijkste wetenschappelijke prijs in Nederland. De prijs wordt ook wel de Nederlandse Nobelprijs genoemd.

In een serie interviews onderzoeken Ramy El-Dardiry en Roderick Knuiman wat de drijfveren zijn van de vooraanstaande wetenschappers aan wie deze prijs is toegekend.

Voor de overige interviews uit deze reeks kun je op de namen klikken, links in de kantlijn bij dit artikel.

Zou je kunnen uitleggen waar je de afgelopen twintig jaar in de natuurkunde mee bezig bent geweest?

Ik ben gefascineerd door de voortplanting van licht. Toen ik met de natuurkunde begon had ik het idee dat een bepaald gebied erg verwaarloosd werd binnen het onderzoek. Als wetenschapper ben je op zoek naar onderwerpen die zowel leuk zijn als waar nog veel aan te doen is. In de optica, de wetenschap van het licht, ontdekte ik dat er heel weinig werd gekeken naar de voortplanting van licht in materialen die 'smerig' zijn.
Iedereen die met licht bezig is kijkt naar hele schone, transparante materialen. Eigenlijk hebben de meeste natuurkundigen er alleen maar last van als een materiaal smerig is. Ik heb ervoor gekozen om juist naar materialen te kijken die zo optimaal mogelijk niet transparant zijn. Dat zijn materialen waar je niet door heen kunt kijken. Voorbeelden uit het dagelijks leven zijn wolken, papier, suiker of witte verf.
Op het moment dat ik eraan begon vond iedereen het maar een saai onderwerp. Mijn collega’s vroegen zich af waarom ik er in vredesnaam aan begonnen was. Later bleek dat het onderwerp sterke raakvlakken had met andere vakgebieden. In die vakgebieden was het onderwerp al geëxploreerd: er waren Nobelprijzen voor gegeven.

 

Waarom is het zo bijzonder om deze smerige materialen te onderzoeken? Wat gebeurt er met licht in de materialen die je onderzoekt?

De 'smerige' materialen bestaan volledig uit kleine stukjes transparante materialen, die het licht breken. Dat zouden kleine stukjes diamant of suikerkorrel kunnen zijn. Al die kleine stukjes liggen heel dicht tegen elkaar aan, waardoor het licht voortdurend van richting verandert, zie figuur 1. Het zijn als het ware directiespiegeltjes, alleen treedt er bij reflectie in een metalen spiegel altijd absorptie op. Dat is bij deze transparante stukjes in smerige materialen niet het geval. Er is nauwelijks absorptie, enkel reflectie en transmissie.

Figuur 1. Licht wordt constant van richting veranderd door de kleine stukjes transparant materiaal. De afbeelding is afkomstig uit Lagendijk’s spinozarede.

Het blijkt dat als die concentratie transparante objecten groot genoeg is, er een onzichtbare muur voor licht ontstaat. Als het licht in de smerige stof zit, dan komt het er niet meer uit. Dit verschijnsel wordt lokalisatie van licht genoemd. Het heeft met interferentie te maken: het licht gaat op zulke kleine afstanden heen en weer dat het elke keer zichzelf qua golflengte tegenkomt. Er zit geen fysieke doos of iets dergelijks omheen, maar door interferentie ontstaat er als het ware een doos en kan licht er niet meer uit komen, zie figuur 2. Voor fysici was dit verschijnsel een ongelofelijke ontdekking, het was een heel nieuw idee.

Figuur 2. Een schematische voorstelling van lokalisatie. Het licht wordt door de blauwe stukjes materiaal zodanig afgebogen dat het licht niet meer naar buiten kan. De afbeelding is afkomstig uit Lagendijk’s Spinozarede.

Dit 'gelokaliseerde' licht kun je dus niet meer zien?

Uiteindelijk zie je het wel, want het licht lekt toch altijd wel een beetje uit. Maar als het er vijfhonderd keer later uitkwam dan je gedacht had dan ben je heel erg blij. Het concept dat je door wanorde een onzichtbare muur creëert is onvoorstelbaar. Het werkt voor alle golfverschijnselen, dus niet alleen voor licht, maar ook voor elektronen en geluid. Tot op de dag van vandaag zijn er tientallen wiskundigen die nog steeds artikelen in natuurkundetijdschriften publiceren met titels als "what is localization?". Er zijn ontzettend veel discussies over wat het nu precies is, maar het zou echt fantastisch zijn als we een experiment zouden doen dat lokalisatie zou aantonen.

Heb je altijd een fascinatie voor licht gehad, of ben je er langzaam ingerold?

Ik heb een tamelijk brede opleiding in de natuurkunde gehad, maar ik ben oorspronkelijk een scheikundige. Mijn promotie-onderzoek ging over microgolven, daarmee heb ik op een fysisch-chemische manier materialen onderzocht. Na mijn promotie in de scheikunde ben ik gaan werken in België. In de Antwerpse diamantindustrie heb ik gekeken naar de kwaliteit van diamanten. Nadat ik negen jaar in Antwerpen gewerkt had, kreeg ik heel plotseling een baan aangeboden van Isaac Silvera, een hoogleraar aan de Universiteit van Amsterdam. Zijn groep deed alleen maar optica.
Ik was nog geen jaar bij hem werkzaam of hij kreeg een andere baan aangeboden op Harvard. Dat was natuurlijk heel prestigieus voor hem, maar voor de onderzoekers in de groep heel erg vervelend. Hij ging meteen naar Harvard toe, en toen zat ik in een optische groep zonder baas. Een half jaar later heb ik zijn baan aangeboden gekregen.
Mijn opdracht was om met lasers te gaan werken, dat vond ik erg leuk. Mijn voormalige baas, Isaac, vroeg me wat ik ging doen als hij weg was. Ik heb hem toen verteld dat ik dat nog niet wist, maar dat ik in ieder geval niet door zou gaan met het onderzoek wat hij deed. Op dat moment heb ik gewoon nagedacht. Ik ben begonnen met een kleine groep met een paar lasers, maar ik merkte op die conferenties waar ik kwam dat het onderzoek me niet beviel. Lasers waren zo populair dat de hele wereld er mee bezig was. Al die knappe koppen van de hele wereld kwam je tegen, en dan word je geconfronteerd met een soort gesloten netwerk van onderzoekers van bekende Amerikaanse topuniversiteiten, zoals Yale en CalTech.
Ik had een heel teleurstellende ervaring, toen ik iets ontzettend goeds gedaan had. Het was veel beter dan het werk van een paar beroemde mannen, maar het werd totaal niet gewaardeerd, omdat ik niet in het circuit zat. Toen had ik zoiets van: krijg toch allemaal wat, hier hoef ik niet te zijn. Ik zoek mijn eigen onderwerp wel, een onderwerp dat iedereen vergeten is.
Ik kwam op een conferentie waar iemand iets uitlegde over elektronen en ik besefte dat wat hij uitlegde ook met licht zou moeten kunnen. Ik ben meteen naar huis gegaan en aan de slag gegaan. Het vakgebied, lokalisatie van licht, is niet ontzettend groot, maar daarin wordt onze groep wel als de beste groep van de wereld gezien.
Wij hadden één experiment gedaan, en één artikel in Physical Review Letters (het meest toonaangevende natuurkundetijdschrift) geschreven over licht en dit speciale fenomeen. Op het toplaboratorium waar iedereen in die tijd wilde werken, Bell Labs, is toen een enorme opwinding ontstaan. De onderzoeksleiders waren er ontzettend kwaad over dat ze zo een belangrijk gebied gemist hadden. Alle mensen uit de optica werden bij elkaar geroepen en kregen op hun kop: hoe kon een potato uit Amsterdam dit eerder hebben gezien? Daar was ik wel trots op natuurlijk.

Waarom is het voor jou zo belangrijk om een eigen onderwerp te kiezen?

Ik heb me altijd gerealiseerd dat ik het vak hartstikke leuk vind, maar dat ik geen waterdrager wil zijn. Ik heb met deze instelling op mijn lab in Amsterdam regelmatig problemen gehad. Zo was er eind jaren tachtig een conferentie in New York over hoge temperatuursupergeleiding. Het was een geweldige conferentie, zelfs in de liften en tot diep in de nacht werd er doorgepraat over de nieuwe doorbraken in de supergeleiding. Later werd de conferentie wel de Woodstock of Physics genoemd. Het was een revolutie in de natuurkunde. Toen ik terugkwam in Amsterdam werd er vergaderd of de UvA ook niet mee moest doen met supergeleiding. Ik was één van de grote tegenstanders. Het eerste wat je zou doen is die Amerikanen een Nobelprijs bezorgen, laten we alstjeblieft geen waterdragers voor die mensen uit Houston zijn. Daar peinsde ik niet over.
Ik wil ontzettend graag leuke dingen doen, maar ik ga niet een ander helpen: ik wil het gewoon zelf doen. Je moet de grote jongens laten voelen dat ze een enorm gebied vergeten zijn. Dat is me eigenlijk wel gelukt.

Had je toen je begon met het onderwerp al een gevoel dat het zo groot ging worden?

Het was totale intuïtie. Ik wist eigenlijk helemaal niks van lichtverstrooiing, de term die wordt gebruikt om aan te duiden dat licht van richting verandert. Toen ik het idee kreeg op die conferentie ben ik dus meteen weggegaan, ik vond mijn idee veel te belangrijk, en ik heb vier boeken gekocht over lichtverstrooiing. Ik ben gewoon maar begonnen. Nu weet ik er wel wat van, vijfentwintig jaar later. Ik voelde wel dat het wat was.

Hoe belangrijk is intuïtie voor een natuurwetenschapper? Is dat iets wat je moet hebben?

Ik geloof echt dat de natuurkunde bestaat uit allemaal mensen die goed zijn in natuur- en wiskunde, ze kunnen allemaal integralen oplossen. Negentig procent kan dat ontzettend goed, maar hebben eigenlijk geen originele ideëen. Ze zijn ontzettend op zoek naar ideëen en als ze ideëen van een ander horen dan kunnen ze weer een tijdje voort. De andere tien procent is misschien niet zo heel goed in de wiskunde en houdt er misschien ook niet zo van. Die kleine groep heeft echter wel de ideëen. Die negentig procent zijn de haaien en die tien procent dat zijn de artistiekelingen.
Ik wil me zelf niet tot de artistiekelingen rekenen, maar ik ben zelf in ieder geval geen haai. Ik ben heel erg breed geïnteresseerd. Daardoor leg ik associaties die anderen niet leggen. Maar die anderen hebben dus wel veel diepere kennis. Het is niet dat ik mezelf beter vind dan een ander, het ligt er gewoon aan hoe je je keuzes maakt: waar besteed je je tijd aan? Het heeft tot gevolg dat ik een eigen smaak en intuïtie voor de natuurkunde heb ontwikkeld.

Wat is de natuurkunde waar je naar op zoek bent? Hoe ziet je smaak eruit?

Ik vind alleen die natuurkunde interessant, die ook een diepe theoretische kwestie betreft. Ik ben niet zo een rommelaar, ik kan niet iets doen waar geen concept achter zit.
Wat ik ook zo mooi vind, als je een concept hebt over lokalisatie van licht dan kan je ook meteen bedenken dat het in andere gebieden van de natuurkunde ook voor kan komen. De ingenieurs die de palen maken om watergolven te breken maken bijvoorbeeld een vorm van tweedimensionale lokalisatie. Er zijn ontwerpers die lokalisatie van geluid in hallen creëren. Als je een breed concept uitlegt krijgen mensen voortdurend associaties, dat vind ik fantastisch.
In het werk dat ik doe moet een uitdaging zitten. Ik weet wat ik kan, ik ben redelijk goed in theorie, ik ben niet zo goed in experimenten, maar in de combinatie van zowel theorie als experiment ben ik tamelijk uniek. Ik wil alleen die dingen doen waarmee ik de beste bijdrage lever aan de wetenschap. Op die manier krijgt de belastingbetaler de beste waarde voor het geld dat hij of zij in mij investeert.
Ik krijg ontzettend veel uitnodigingen om mee te werken aan medische projecten. Als je veel van voortplanting van licht in troebele media weet dan is het ook voor medici erg interessant. Je kunt namelijk met een laser op iemands hoofd schijnen en dan zie je helemaal niks, maar er komt dan toch licht uit en dat kun je wel detecteren. Met vijfhonderd detectoren en diodelasers kun je dan bijvoorbeeld het zuurstofgehalte bepalen. Dan weet je of iemand op het punt staat om wel of geen beroerte te krijgen en bij ongeboren kinderen kun je het hart zien. Eén van mijn promovendi heeft gewerkt bij Philips aan het opsporen van borstkanker met licht. Dat zijn honderden diodelasers die je op een borst van een vrouw schijnt. Je kunt er misschien veel geld voor je onderzoek verdienen met dat soort opdrachten, maar ik doe het alleen maar als er een wetenschappelijke uitdaging aan vast zit. Het is maatschappelijk misschien wel heel onverantwoord als ik het niet doe, want ik zou heel belangrijk werk kunnen leveren. Maar jammer dan.

Waarom ben je na de middelbare school scheikunde gaan studeren?

Ik was op de middelbare school exceptioneel goed. Ik was jaren de beste van de klas. Ik heb alleen een ontzettende fout gemaakt: ik ging naar de HBS, terwijl alle meiden naar het gymnasium gingen! Ik had daar ontzettend de pest over in. Ik zat alleen maar bij jongens in de klas. Dus toen ben ik op een gegeven moment naar de rector toegegaan om te veranderen van school. Mijn argumenten vond hij alleen niet zo’n goede reden om over te stappen.
Ik kon uiteindelijk kiezen wat ik wilde studeren: natuurkunde of scheikunde Ik wilde ooit aardrijkskundeleraar worden, maar de aardrijkskundeleraar vond dat wel heel stom. Hij zei dat ik gewoon veel meer kon. Uiteindelijk heb scheikunde gekozen, want mijn scheikundeleraar was aardiger dan mijn natuurkundeleraar. Dat is de voornaamste reden geweest, want ik wist toch niet precies wat ik wilde doen.
Maar als je uit mijn omgeving komt, waarin het niet gebruikelijk is om naar de universiteit te gaan, en als je dan op de middelbare school toch zulke goede cijfers haalt, dan sturen de leraren je wel. Die hebben wel in de gaten dat ze het niet uit de hand moeten laten lopen. Ze hebben me het sterke advies gegeven om natuur- of scheikunde te gaan studeren. Ikzelf was op de middelbare school niet van plan een gedreven wetenschapper te worden. Eigenlijk wist ik helemaal niet wat natuurkunde en scheikunde inhielden.

Had je wel een fascinatie voor de scheikunde?

Mijn hele kamer stond vol met honderden potjes, ik maakte buskruit en dat soort dingen. Ik heb echt een chemische tuin gehad. Mijn vader is er verscheidene malen slachtoffer van geweest. Dan vroeg ik om aan één van mijn potjes te ruiken en dan was hij weer een dag ziek. Dat was niet zo verstandig, maar hij vond het niet zo ontzettend erg. Ik ben erg in de scheikunde bezig geweest. Ik heb nooit veel gehad met het bouwen van voorwerpen die met natuurkunde te maken hebben: een radio heb ik nooit gesoldeerd.
Maar ik merkte ook wel dat ik de scheikunde veel te weinig conceptueel vond. Het voordeel van een scheikunde opleiding is echter dat je veel meer gevoel krijgt voor hoe het wiel in elkaar zit. Het is een rommelige opleiding, maar je krijgt veel meer. Natuurkunde gaat meteen de diepte in. Bij een studie natuurkunde krijg je veel meer wiskunde, heel veel analyse en differentiaalrekening. Scheikunde was veel praktischer, op een gegeven moment had ik dat wel in de gaten. Toen ben ik fysische chemie gaan doen, dat was een soort natuurkundegebied in de scheikunde.

Je vond het erg jammer dat je naar het HBS ging, alle meisjes zaten immers op het gymnasium. In de exacte wetenschappen zijn vrouwen ook ondervertegenwoordigd, vind je dat ook jammer?

Volgens mij missen we ontzettend veel talenten, want er wordt op dit moment op een heel mannelijke manier naar de natuurkunde gekeken. Ik denk dat je op die manier allerlei ontdekkingen, allerlei natuurkunde mist. Ik denk vast dat er onderwerpen zijn die we anders zouden doen als er meer vrouwen zouden meewerken. Het is ontzettend moeilijk om te veranderen, maar volgens mij is het heel ongezond zoals het nu is.
Er heerst in de natuurkunde een machocultuur. In de natuurkunde is het traditie om voortdurend elkaar vliegen af te vangen en te zeggen dat je het niet met iemand eens bent. Die cultuur is voor vrouwen denk ik gewoon heel lastig. Vrouwen hebben daarbij een gigantische handicap, en dat vind ik jammer.

 


De website van professor Lagendijk’s groep/

Hier kun je de Spinozarede vinden van professor Lagendijk onder de winnaars van 2002.