TOP-5 VPN
СтатьиТехнологииМы все станем голограммами? Развитие голографии от теории к практике

Мы все станем голограммами? Развитие голографии от теории к практике

-

Более 100 лет прошло с тех пор, когда были впервые сформулированы теоретические основы голографии, а мы до сих пор ассоциируем голограммы преимущественно с наклейками на пластинках или посмертным концертом Тупака Шакура. Однако в последние годы тема голографии начала активно развиваться. Сегодня мы расскажем все о загадочных голографических изображениях.

В 1920 году польский ученый Мечислав Вольфке в работе «О возможности оптического изображения молекулярных сеток» выдвинул и экспериментально подтвердил идею голографического метода получения изображений. В то время, однако, еще не существовало технологии, позволяющей использовать открытие поляка на практике. Этого пришлось ждать до 60-х годов прошлого столетия.

Gologram

Голограммы получили широкую известность в 1977 году благодаря фильму «Звездные войны», в котором они выступали в качестве носителей информации и средств коммуникации. Таким образом, очень сложная научная теория проникла в поп-культуру, захватив воображение миллионов людей во всем мире. Близки ли мы сегодня к видению темы голографии Джорджом Лукасом?

Читайте также: Космический телескоп Джеймса Уэбба: 10 целей для наблюдения

Что такое голография?

«Помоги мне, Оби-Ван Кеноби! Ты моя единственная надежда!» Этот известный всем фанатам «Звездных войн» текст, произнесенный объемной проекцией принцессы Леи, стал для многих зрителей первым представлением о том, что такое голография и голографическое изображение.

Сегодня, когда мы держим в руке диск с записями любимой группы, то видим на нем красочную наклейку, переливающуюся разными цветами радуги. Это голографическое подтверждение подлинности и легальности диска. То есть, это тоже голограмма, но как она создается и зачем используется? Попробую ответить на эти вопросы как можно доступнее. Однако, очевидно, это не будет легкой и простой задачей, главным образом, из-за необходимости определения и объяснения некоторых физических понятий, хотя большинство из них должно быть известно вам еще из уроков физики. Это необходимо потому, что конечный эффект является результатом практического использования достижений из разных областей техники. Поэтому неправильное понимание теоретических основ может привести к неправильному пониманию всей проблемы. Однако, я не собираюсь нагружать эту статью теориями, подкрепленными уравнениями Максвелла. Мог бы, но зачем? Это не прибавило бы ничего нового и, несомненно, усложнило бы понимание. Я постараюсь объяснить принципы записи и воспроизведения голографических изображений, используя понятные рисунки и определения основных физических понятий в области оптики и волнового движения. А также расскажу о практическом применении голографии, в том числе о голографической записи информации в компьютерных технологиях.

Gologram

Начнём с определения, которое немного облегчит нам дело. Голография, как и фотография, известная человечеству еще с 19 века, является способом получения изображений. Эти оба термина происходят из греческого языка, однако, если слово фотография происходит от слов «photo» и «graphe», означающих «свет» и «рисунок», то первая часть слова голография происходит от «holos», что на греческом языке означает » целый».

Итак, голография — это «рисование целого». Что это значит? В стандартной фотографии мы можем сохранить только двухмерное изображение того, что мы видим в трехмерном мире. Идея голографии состоит в том, чтобы записать информацию обо всем объекте, а не только об одной его стороне. Чтобы можно было, используя записанную информацию, воспроизвести образ целого объекта.

Но как сохранить внешний вид трехмерного объекта? Для этого используется явление световой интерференции. Видимый свет, являющийся частью электромагнитного спектра, сам по себе состоит из двух компонентов – электрического поля и магнитного поля. Но самое главное, что свет — это волна, а не просто поток фотонов, поэтому наложение нескольких волн может создавать новые волны с новыми характеристиками. Затем, используя явление дифракции, изображение с наложенными друг на друга волнами можно воспроизвести так, чтобы оно отображало записанные характеристики.

Читайте также:

Запись и отображение голограммы

Благодаря волновой природе света можно зафиксировать вид объекта в трех измерениях на стандартной фотопленке. С помощью соответствующего лазера, один луч которого направлен на полупрозрачную пластину и направляется как на объект, изображение которого нужно получить, так и непосредственно на пленку, создается узор накладывающихся волн. Такое изображение представляет собой суперпозицию большого количества интерференций отдельных спектральных компонентов света, и если бы мы захотели с такой пленки получить «фотографию», наши глаза увидели бы не освещенный лазером объект, а меланж из интерференционных линий, которые сами по себе ничего не говорят нам об изображаемом объекте.

Вот как это выглядит на практике:

Gologram

Только правильное экспонирование пленки, являющейся на тот момент дифракционной решеткой, с помощью сфокусированного лазерного луча позволяет повернуть весь процесс назад и получить трехмерное изображение объекта.

Объемное голографическое изображение, хотя и подобно, но отличается от стереоскопической техники, которая предполагает фотографирование объекта с двух крупных планов, а затем размещение пластинок в приборе, называемом стереоскопом. Например, популярные  VR-очки работают таким образом, создавая два немного смещенных изображения. В голограммах этот сдвиг фиксируется в одной среде в виде волновой интерференции.

Читайте также:

Голограмма и «голограмма»

Проблема с описанной выше технологией заключается в том, что она требует точного лазерного луча и почти лабораторных условий для того, чтобы получить удовлетворительный эффект. И хотя оригинальная идея голограмм нашла практическое применение, например, в записи данных на носителе стандарта HVD с теоретической емкостью до нескольких ТВ, однако популярным носителем для домашнего использования они не стали.

Gologram

Практические решения показывают, что сложный процесс получения голографического изображения просто проигрывает другим технологиям, которые достигают подобного эффекта, но с использованием других техник. И хотя с научной точки зрения такие изображения не должны называться голограммами, все эти псевдоголограммы принято называть просто «голограммой».

На практике, однако, ни изображение на концерте Тупака, ни изображение королевы Елизаветы II в ее 260-летней карете, не являются настоящими голограммами с научной точки зрения.

Голограмма – это не то, что мы видим в очках HoloLens или на лобовом стекле автомобиля с «голографическим дисплеем». Чаще всего, это трехмерное изображение, созданное с помощью нескольких отдельных (а не одного, как в случае с оригинальной голограммой) световых лучей, падающих с разных сторон на носитель, которым может быть прозрачное стекло, водяная завеса или «плавающий» водяной пар над таким «голографическим дисплеем».

У меня нет больших возражений против использования термина «голограмма» по отношению к этим технологиям, и главная причина заключается в том, что эффект, полученный таким образом, очень часто соответствует основным свойствам голографии, а именно сохранению и воспроизведению большего количества информации (в данном случае речь идет об осмотре объекта с разных ракурсов) об объекте.

Также интересно: Почему космические аппараты оснащены процессорами 20 века

Сегодняшние «голограммы»

Системы на основе проекторов, отображающие изображения на различных прозрачных материалах, работают несколько иначе. Свет, направленный с разных углов, содержит информацию об изображении, увиденном с другой стороны. Лучи будут встречаться на поверхности стекла, воды или, как в случае с забытым польским изобретением Leia Display, паровой завесы, создавая впечатление появления трехмерного изображения в воздухе (непревзойденное преимущество настоящей голограммы).

Другим примером являются трехмерные экраны от компании Looking. Именно те, которые проецируют изображение не на двумерную поверхность, а создают его внутри трехмерного тела, например, стекла. Компания, в частности, годами работала над решением Looking Glass Factory, и мы смогли полюбоваться первыми серьезными результатами этой работы в 2020 году.

Также можно упомянуть о немецком цирке Ронкалли, который отказался от номеров с животными, хотя в Германии, кстати, в отличие от многих европейских стран, цирк с животными не запрещен. Теперь слоны, лошади и рыбы появляются на арене в виде голограмм.

Система, позволяющая зрителям видеть голограммы, стоила более полумиллиона евро.

Также интересно:

Люди не осознают, что живут в голограмме?

Конечно, не обошлось без людей, поддерживающих идеи всемирного заговора. Они считают, что мы с вами давно живем в одной большой голограмме, что мир вокруг нас это голограмма, Матрица. Попробую сейчас все объяснить.

Когда появился фильм «Матрица», все были очень удивлены идеей сценария, возникшей у братьев Вачовски. Однако идея, лежащая в основе истории Матрицы, присутствует и в восточных философиях. Некоторые квантовые физики давно признали, что то, что наука описывает языком математики, было известно на протяжении веков в форме религиозных посланий. То есть, если верить этой теории, то мы живем в большой голограмме.

Они утверждают, что человечество стало настолько озабоченным, что не в состоянии замечать некоторые вещи. Мы наблюдаем за миром и участвуем в его создании, зачастую не осознавая возможности повлиять на то, что с нами происходит. Физики ищут подтверждение существованию поля Хиггса, полного характерных бозонов, называемых божественной частицей, но мы рассматриваем информацию о таких поисках изолированно от последствий, которые приведут к открытию такого механизма.

Gologram

Может оказаться, что подтверждение существования бозонов Хиггса заставит нас задать себе важные вопросы о сущности мира и о том, как он создан. Вдруг, может оказаться, что концепция Матрицы не так уж фантастична, и все мы на самом деле живем в большой голограмме, и мы сами тоже голограммы.

Такие выводы можно сделать из информации, полученной благодаря развитию квантовой физики. Мы точно знаем, что основным правилом, определяющим произошедшее, является вероятность. Мы также знаем, что некоторые физические эксперименты просто невозможны, потому что сам факт наблюдения за их эффектами определяет то, что в них происходит. Эйнштейн, осознавая последствия такого мышления, сказал, что мир не может зависеть от Бога, играющего в кости.

Что, если мы действительно живем в большой голограмме, и наше взаимодействие с ней, выражение наших ожиданий и страхов взаимодействуют с ней, заставляя нас сталкиваться с разными вещами? Есть некоторые методы влияния на то, что происходит с нами, которые называются положительными. Каждый, кто пробовал их, знает, что это работает, и, главным образом, потому, что мы знаем, что это должно работать. То же с разными альтернативными методами лечения. Они основаны на нашей способности контролировать голограмму путем устранения негативных мыслей, то есть через веру.

Наука ищет ответ на вопрос, почему существует масса, если материя состоит из частиц, фактически пустых. Однако нам, людям, все еще кажется, что мир вокруг нас вполне реален, и мы даже не подозреваем, что если бы мы поняли свои возможности, каждый мог бы походить на Нео из упомянутой «Матрицы», или на Будду, который мог сдвинуться горы силой своей мысли.

Простыми словами, мы уже в Матрице и все мы голограммы, от которых ничего не зависит. Хочется только улыбнуться таким представлениям о нашем мире.

Также интересно: О квантовых компьютерах простыми словами

У каждого будет своя голограмма?

Но мы все-таки вернемся к реальности. Будущее, безусловно, за 3D-рендерингом. Впрочем, вероятно, что нужно пройти еще долгий путь, прежде чем на улицах появятся настоящие голограммы, как в фильме «Бегущий по лезвию». К тому времени у нас будет много «имитационных голограмм» и демонстраций технологий, которые все больше будут обманывать наши ощущения, и создавать впечатление, что мы смотрим на настоящие трехмерные объекты.

Так Google поставила перед разработчиками именно такую цель. Известно, что они работают над интересным Project Starline, то есть «голографической» кабинкой для разговоров. Некоторые результаты своей работы они уже показали.

Сотрудники Google с помощью серии камер и датчиков создали точные 3D-модели людей, разговаривающих друг с другом, создавая впечатление, что они находятся в одном месте. В настоящее время это решение испытано в офисах компании.

Некоторые ученые считают, что мы уже в шаге от появления технологии голограмм в средствах повседневного общения между людьми. Для этого необходимо будет построить другую инфраструктуру для связи следующего поколения – волоконно-оптическую сеть, соединяющую континенты, и инфраструктуру беспроводной связи шестого поколения 6G. Такой деятельностью занимается уже много технологических компаний. Возможно, через несколько лет голограммы станут частью повседневной жизни, но я надеюсь, что они не заменят реальное общение между людьми.

Gologram

Некоторые ученые также отмечают, что голограммы уже можно использовать, поскольку уже есть соответствующие технологии, но на данном этапе это так дорого, что не совсем выгодно. Ситуация очень похожа на то, как развивался Интернет. На начальном этапе в него почти никто не верил, а сейчас невозможно вообразить настоящее без его существования.

Итак, есть много признаков того, что через несколько лет мы сможем иметь свои собственные голограммы, чтобы посещать наших друзей, не выходя из дома. Однако следует иметь в виду, что прогнозы ученых относительно нужных технологий не всегда сбываются.

Если вы хотите помочь Украине бороться с российскими оккупантами, лучший способ – сделать пожертвование для Вооруженных Сил Украины через Savelife или через официальную страницу НБУ.

Подписывайтесь на наши страницы в Twitter и Facebook.

Также интересно: Вселенная: Самые необычные космические объекты

Donate us
Yuri Svitlyk
Yuri Svitlyk
Сын Карпатских гор, непризнанный гений математики, "адвокат" Microsoft, практичный альтруист, левоправосек

Прочие статьи

Подписаться
Уведомить о
guest
0 Comments
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии