Ooit schreef het Duitse Keizerrijk een prijsvraag uit voor een ballongas, lichter dan waterstof en niet brandgevaarlijk. Welnu, zo een gas is ontdekt.

Ballonvaartuigen, aerostaten in vakjargon, hebben veel minder brandstof nodig dan vliegtuigen. Al zijn ze niet zo snel, ze kunnen veel meer gewicht omhoog tillen. Er is alleen een probleem. Je moet de ballon vullen met een gas dat lichter is dan lucht.

Lucht bestaat uit tweeatomige moleculen zuurstof (atoomgewicht zestien) en stikstof (atoomgewicht veertien), naast een snuifje andere gassen van minder dan één procent. Volgens de gaswet van Boyle wordt de gasdruk bepaald door het aantal gasdeeltjes per liter, om wat voor gasdeeltjes het gaat, maakt niet uit.

Als je dus in de ballon de lucht vervangt door lichte waterstofmoleculen (atoomgewicht één), of het twee keer zo zware helium (atoomgewicht vier, maar heliumatomen vormen geen paren), blijft de druk gelijk. Dus krijg je een enorme opwaartse kracht, per kubieke meter heliumballon meer dan een kilo.

Waterstof is explosief en brandbaar, vraag de overlevenden van de Hindenburgramp maar. Helium is op aarde extreem schaars en dus peperduur. Waterdamp moet boven de honderd graden worden gehouden en is dus onpraktisch. De overige gassen zijn of te zwaar, brandbaar (methaan) of schaars (neon).

De oplossing: gas hoeft niet uit atomen te bestaan
Een gas is een chaotische verzameling deeltjes (het woord gas is ook afgeleid van het Griekse woord chaos). Precies: deeltjes. Het hoeven geen atomen te zijn. Zo bestaat er plasma (een gas zo heet dat er geen atomen meer bestaan), een elektronengas (bestaande uit elektronen) en fotongas. Elektronen zijn bijna vierduizend keer zo licht als een waterstofmolecuul. Je ballon vullen met elektronengas zou dus ideaal zijn, maar helaas krijgt je ballon dan een extreem negatieve lading en wordt je door een enorme bliksemschicht geëlektrocuteerd.

Gas van licht
Licht bestaat uit deeltjes: fotonen. Licht heeft een massa van nul. Als je licht opsluit, ontstaat overigens wel degelijk massa. Het heelal is in feite een dun lichtgas: de kosmische achtergrondstraling die overal tegelijk vandaan lijkt te komen.

Stroperig licht
Beweegt een ruimteschip ten opzichte van de kosmische achtergrondstraling, dan lijkt de straling energierijker (en drukt daardoor meer op het schip) in de richting waarin het schip beweegt dan in de tegenovergestelde richting. Met andere woorden: het lichtgas remt (overigens heel zwak) het schip af net als een echt gas doet. Vliegen in lichtstroop.

De druk van licht
Een lichtgas oefent ook druk uit. De zonnestraling drukt bijvoorbeeld op de aarde met 360 gram per vierkante kilometer. Vandaar trouwens ook dat zonnezeilen zo enorm groot moeten zijn.

De lichtballon
Dan nu uiteraard de hamvraag: hoeveel licht heb je nodig om tegen de wand van een gemiddelde ballon een druk te geven van één atmosfeer, waardoor hij zijn vorm houdt?

De formule is erg simpel: de lichtdruk is energie gedeeld door drie maal het volume. Voor onze aardse luchtdruk betekent dat per kubieke meter lichtgas 0,3 megajoule: minder dan een tiende kilowattuur lichtenergie. Heel wat goedkoper dan helium: twintig euro per kuub. Voor een paar tientjes aan elektriciteit is je superlichte, onbrandbare ballon al opgeblazen.

Dus op naar het patentbureau? Helaas.. we hebben nog geen hitteresistente superspiegels die het licht miljarden keren kunnen weerkaatsen zonder het te absorberen. Toch maar aan het helium dus…