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¿Llegaremos a ser hologramas?: Desarrollo holográfico de la teoría a la práctica

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Han pasado más de 100 años desde que se formularon por primera vez los fundamentos teóricos de la holografía, y todavía asociamos los hologramas principalmente con pegatinas de seguridad en algunos discos nuevos o en el concierto póstumo de Tupac Shakur. Sin embargo, en los últimos años, el tema de la holografía ha comenzado a desarrollarse activamente. Hoy te contaremos todo sobre misteriosas imágenes holográficas.

En 1920, el científico polaco Mieczysław Wolfke en la disertación «Acerca de la posibilidad de imágenes ópticas de puertas moleculares» ( Über die Möglichkeit der optische Abbildung von Molekulargittern ) presentó y confirmó experimentalmente la idea de un método holográfico para obtener imágenes. En ese momento, sin embargo, ninguna tecnología permitiría que el descubrimiento del polaco se usara en la práctica. Tuvimos que esperar para esto hasta los años 60 del siglo pasado.

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Los hologramas se hicieron muy conocidos en 1977 gracias a Star Wars , en la que actuaban como portadores de información y medios de comunicación. De esta manera, una teoría científica muy compleja ingresó a la cultura pop, capturando la imaginación de millones de personas en todo el mundo. ¿Estamos hoy cerca de cómo George Lukas imaginó la holografía?

¿Qué es la holografía?

«Ayúdame, Obi-Wan Kenobi. Eres mi única esperanza». Este texto, conocido por todos los fanáticos de Star Wars, hablado por una proyección tridimensional de la Princesa Leia, se convirtió para muchos espectadores en la primera idea de lo que son la holografía y la imagen holográfica.

Hoy, cuando tenemos en nuestras manos un disco con el disco de nuestra banda favorita, vemos una pegatina de colores que brilla con los diferentes colores del arcoíris. Esta es una confirmación holográfica de la autenticidad y legalidad del disco. Entonces, esto también es un holograma, pero ¿cómo se crea y para qué se usa?

Intentaré responder a estas preguntas de la manera más accesible posible. Sin embargo, obviamente esto no será una tarea fácil y sencilla. Principalmente por la necesidad de definir y explicar algunos conceptos físicos, aunque la mayoría de ellos te resultarán familiares por tus clases de física. Esto es necesario porque el efecto final es el resultado del uso práctico de los logros de varios campos de la tecnología. Por lo tanto, una mala comprensión de los fundamentos teóricos puede conducir a una mala comprensión de todo el problema.

Sin embargo, no pretendo sobrecargar este artículo con teorías respaldadas por las ecuaciones de Maxwell. Podría, pero ¿para qué? No agregaría nada nuevo y ciertamente lo haría más difícil de entender. Intentaré explicar de forma accesible los principios de registro y reproducción de imágenes holográficas, utilizando dibujos claros y definiciones de conceptos físicos básicos en el campo de la óptica y el movimiento ondulatorio. Y también hablaré sobre la aplicación práctica de la holografía, incluida la grabación holográfica de información en tecnologías informáticas.

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Comencemos con una definición que nos facilitará un poco las cosas. La holografía, al igual que la fotografía, conocida por la humanidad desde el siglo XIX, es una forma de obtener imágenes. Ambos términos provienen del idioma griego, sin embargo, si la palabra fotografía proviene de las palabras «photo» y «graphe», que significan «luz» y «imagen», entonces la primera parte de la palabra holografía proviene de «holos «, que en griego significa «totalidad».

Entonces, la holografía es «dibujar el todo». ¿Qué significa? En una fotografía estándar, solo podemos conservar una imagen bidimensional de lo que vemos en un mundo tridimensional. La idea detrás de la holografía es registrar información sobre el objeto completo, no solo sobre un lado. De modo que es posible, utilizando la información registrada, reproducir la imagen de todo el objeto.

Pero, ¿cómo preservar la apariencia de un objeto tridimensional? Para ello, se utiliza el fenómeno de la interferencia de la luz. La luz visible, que forma parte del espectro electromagnético, consta de dos componentes: un campo eléctrico y un campo magnético. Pero lo más importante es que la luz es una onda, no solo una corriente de fotones, por lo que la superposición de múltiples ondas puede crear nuevas ondas con nuevas características. Luego, utilizando el fenómeno de la difracción, se puede reproducir la imagen de ondas superpuestas para que refleje las características registradas.

Grabación y Visualización de hologramas

Gracias a la naturaleza ondulatoria de la luz, es posible registrar la apariencia de un objeto en tres dimensiones en una película fotográfica estándar. Con la ayuda de un láser adecuado, uno de los cuales apunta a una placa translúcida y se dirige tanto al objeto que se va a fotografiar como directamente a la película, se crea un patrón de ondas superpuestas. Tal imagen es una superposición de un gran número de interferencias de componentes espectrales individuales de luz, y si quisiéramos obtener una «fotografía» de tal película, nuestros ojos no verían un objeto iluminado por un láser, sino una mezcla de líneas de interferencia, que por sí solas no nos dicen nada sobre el objeto fotografiado.

Así es como se ve en la práctica:

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Solo la exposición correcta de la película, que en ese momento es una rejilla de difracción, con la ayuda de un rayo láser enfocado, permite revertir todo el proceso y obtener una imagen tridimensional del objeto.

La imagen holográfica en 3D, aunque similar, es diferente de la técnica estereoscópica, que consiste en fotografiar un objeto desde dos primeros planos y luego colocar las placas en un dispositivo llamado estereoscopio. Por ejemplo, las gafas VR populares funcionan de esta manera, creando dos imágenes ligeramente desplazadas. En los hologramas, este cambio se fija en un medio en forma de interferencia de ondas.

Holograma 

El problema con la tecnología descrita anteriormente es que requiere luz láser precisa y condiciones cercanas al laboratorio para lograr resultados satisfactorios. Y aunque la idea original de los hologramas encontró una aplicación práctica, por ejemplo, en el registro de datos en medios estándar HVD con una capacidad teórica de varios TB, sin embargo, no se convirtieron en un medio popular para uso doméstico.

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Las soluciones prácticas muestran que el complejo proceso de obtener una imagen holográfica simplemente pierde frente a otras tecnologías que logran el mismo efecto, pero utilizan otras técnicas. Y aunque desde un punto de vista científico tales imágenes no deberían llamarse hologramas, es costumbre llamar a todos estos pseudo-hologramas simplemente «hologramas».

En la práctica, sin embargo, ni la imagen del concierto de Tupac ni la imagen de la reina Isabel II en su carruaje de 260 años son verdaderos hologramas desde un punto de vista científico.

Un holograma no es lo que vemos en las gafas HoloLens o en el parabrisas de un coche con una «pantalla holográfica». La mayoría de las veces, esta es una imagen tridimensional creada con la ayuda de varios rayos de luz separados (y no uno, como en el caso del holograma original) que caen desde diferentes lados sobre un medio, que puede ser vidrio transparente, una cortina de agua , o vapor de agua «flotante» sobre tal «pantalla holográfica».

No tengo gran objeción al uso del término «holograma» en estas técnicas, y la razón principal es que el efecto obtenido de esta manera muy a menudo corresponde a las principales propiedades de la holografía, a saber, el almacenamiento y reproducción de más información sobre el objeto – en este caso, se trata de ver el objeto desde diferentes ángulos.

Hologramas de hoy

Los sistemas basados ​​en proyectores, que muestran imágenes en varios materiales transparentes, funcionan de manera un poco diferente. La luz dirigida desde diferentes ángulos contiene información sobre la imagen vista desde el otro lado. Los rayos se encontrarán en la superficie del vidrio, el agua o, como en el caso de la olvidada invención polaca Leia Display, una cortina de vapor, creando la impresión de una imagen tridimensional que aparece en el aire (la ventaja final de un verdadero holograma).

Otro ejemplo son las pantallas 3D de Looking Glass. Aquellos que proyectan una imagen no sobre una superficie bidimensional, sino que la crean dentro de un cuerpo tridimensional, por ejemplo, un vidrio. La empresa, en particular, ha estado trabajando en la solución Looking Glass Factory durante años, y pudimos admirar los primeros resultados serios de este trabajo en 2020.

También podemos mencionar al circo alemán Roncalli, que se negaba a realizar actos con animales, aunque en Alemania, por cierto, a diferencia de muchos países europeos, los circos con animales no están prohibidos. Ahora elefantes, caballos y peces aparecen en la arena en forma de hologramas.

El sistema, que permite a los espectadores ver hologramas, cuesta más de medio millón de euros.

¿Se dan cuenta las personas de que viven dentro de un holograma?

Por supuesto, no fue sin personas que apoyan las ideas de una conspiración global. Creen que tú y yo hemos estado viviendo en un gran holograma durante mucho tiempo, que el mundo que nos rodea es un holograma, una Matrix. Voy a tratar de explicar todo ahora.

Cuando apareció la película «The Matrix», todos quedaron muy sorprendidos con la idea del guión, que surgió de las Wachowski. Sin embargo, la idea que subyace a la historia de Matrix también está presente en las filosofías orientales. Algunos físicos cuánticos han reconocido desde hace tiempo que lo que la ciencia describe en el lenguaje de las matemáticas se conoce desde hace siglos en forma de mensajes religiosos. Es decir, si creemos en esta teoría, entonces vivimos en un gran holograma.

Afirman que la humanidad se ha vuelto tan preocupada que es incapaz de darse cuenta de algunas cosas. Observamos el mundo y participamos en su creación, muchas veces sin darnos cuenta de la posibilidad de influir en lo que nos sucede. Los físicos están buscando evidencia de la existencia de un campo de Higgs lleno de bosones característicos llamado partícula de dios, pero consideramos la información sobre tales búsquedas de forma aislada de las implicaciones que tendría el descubrimiento de tal mecanismo.

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Puede resultar que confirmar la existencia de los bosones de Higgs nos obligue a hacernos preguntas importantes sobre la naturaleza del mundo y cómo se creó. De repente, puede resultar que los conceptos de Matrix no sean tan fantásticos, y en realidad todos vivimos en un gran holograma, y ​​nosotros mismos somos hologramas.

Tales conclusiones pueden extraerse de la información obtenida gracias al desarrollo de la física cuántica. Sabemos con certeza que la regla básica que determina lo que sucederá es la probabilidad. También sabemos que algunos experimentos físicos son simplemente imposibles porque el mismo hecho de observar sus efectos determina lo que ocurre en ellos. Einstein, al darse cuenta de las consecuencias de tal pensamiento, dijo que el mundo no puede depender de Dios jugando a los dados.

¿Qué pasa si en realidad estamos viviendo en un gran holograma, y ​​nuestras interacciones con él, las expresiones de nuestras expectativas y miedos, interactúan con él, haciéndonos experimentar cosas diferentes? Hay algunos métodos para influir en lo que nos sucede, que se denominan positivos. Cualquiera que los haya probado sabe que funciona, y sobre todo porque sabemos que se supone que funciona. Lo mismo con varios tratamientos alternativos. Se basan en nuestra capacidad de controlar el holograma eliminando los pensamientos negativos, es decir, a través de la fe.

La ciencia está buscando una respuesta a la pregunta de por qué hay masa si la materia consiste en realidad en partículas vacías. Sin embargo, para nosotros los humanos, todavía parece que el mundo que nos rodea es muy real, y ni siquiera sospechamos que si entendiéramos nuestras capacidades, todos podrían ser como Neo de dicha «Matrix», o Buda que podría mover montañas con el poder de su pensamiento.

En palabras simples, ya estamos en Matrix y todos somos hologramas de los que nada depende. Solo quiero sonreír ante tales ideas sobre nuestro mundo.

¿Todos tendrán su propio holograma?

Pero volvamos a la realidad. El futuro está definitivamente en el renderizado 3D. Sin embargo, es probable que haya un largo camino por recorrer antes de que aparezcan hologramas reales en las calles, como en «Blade Runner». Hasta entonces, tendremos muchos «hologramas de simulación» y demostraciones de tecnologías que engañarán cada vez más a nuestros sentidos y crearán la impresión de que estamos mirando objetos tridimensionales reales.

Así que Google fijó exactamente ese objetivo para sus desarrolladores. Se sabe que están trabajando en el interesante Proyecto Starline, es decir, una cabina “holográfica” para conversar. Ya han mostrado algunos resultados de su trabajo.

Los empleados de Google, utilizando una serie de cámaras y sensores, crearon modelos 3D precisos de personas hablando entre sí, dando la impresión de que están en el mismo lugar. Actualmente, esta solución ha sido probada en las oficinas de la empresa.

Algunos científicos creen que ya estamos a un paso de la aparición de la tecnología de hologramas en los medios de comunicación cotidianos entre las personas. Esto requerirá la construcción de otra infraestructura para las comunicaciones de próxima generación: una red de fibra óptica que conecte los continentes y una infraestructura de comunicaciones inalámbricas 6G. Muchas empresas de tecnología ya están involucradas en tales actividades. Tal vez en unos años, los hologramas se conviertan en parte de la vida cotidiana, pero espero que no reemplacen la comunicación real entre las personas.

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Algunos científicos también señalan que los hologramas ya se pueden usar ya que existen las tecnologías apropiadas, pero en esta etapa es tan costoso que no es del todo rentable. La situación es muy similar a cómo se desarrolló Internet. En el nivel inicial, casi nadie creía en él, y ahora es imposible imaginar el presente sin su existencia.

Así que hay muchas señales de que en unos años podremos tener nuestros propios hologramas para visitar a nuestros amigos desde la comodidad de nuestros hogares. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que las predicciones de los científicos sobre las tecnologías necesarias no siempre se cumplen.

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