Mer än 100 år har gått sedan holografins teoretiska grunder först formulerades och vi förknippar fortfarande hologram främst med klistermärken på skivor eller Tupac Shakurs postuma konsert. Men under de senaste åren har ämnet holografi börjat utvecklas aktivt. Idag kommer vi att berätta allt om mystiska holografiska bilder.
År 1920 lade den polske vetenskapsmannen Mieczyslaw Wolfke fram och experimentellt bekräftade idén om en holografisk metod för att erhålla bilder i sitt arbete "Om möjligheten till optisk avbildning av molekylära rutnät" (Über die Möglichkeit der optische Abbildung von Molekulargittern). På den tiden fanns det dock ingen teknik som gjorde att polens upptäckt kunde användas i praktiken. Vi fick vänta på detta till 60-talet av förra seklet.
Hologram blev allmänt kända 1977 tack vare filmen Star Wars, där de fungerade som informationsbärare och kommunikationsmedel. På detta sätt kom en mycket komplex vetenskaplig teori in i popkulturen och fångade miljontals människor runt om i världens fantasi. Är vi i dag nära visionen om ämnet holografi av George Lucas?
Läs också: James Webb rymdteleskop: 10 mål att observera
Vad är holografi?
"Hjälp mig, Obi-Wan Kenobi! Du är mitt enda hopp!" Den här texten, känd för alla Star Wars-fans, talas av en tredimensionell projektion av prinsessan Leia, blev för många tittare den första idén om vad holografi och holografisk avbildning är.
I dag, när vi håller en skiva i våra händer med skivorna från vårt favoritband, ser vi en färgglad klistermärke på den, som skimrar av regnbågens olika färger. Detta är en holografisk bekräftelse på äktheten och lagligheten av skivan. Så detta är också ett hologram, men hur skapas det och vad används det till? Jag ska försöka svara på dessa frågor så lättillgängligt som möjligt. Men det kommer uppenbarligen inte att vara en lätt och enkel uppgift, främst på grund av behovet av att definiera och förklara vissa fysiska begrepp, även om de flesta av dem borde vara bekanta för dig från dina fysikklasser. Detta är nödvändigt eftersom den slutliga effekten är resultatet av den praktiska användningen av prestationer från olika teknikområden. Därför kan en missuppfattning av de teoretiska grunderna leda till en missuppfattning av hela problemet. Jag tänker dock inte belasta denna artikel med teorier som stöds av Maxwells ekvationer. Det kan det, men varför? Det skulle inte tillföra något nytt och skulle säkert göra det svårare att förstå. Jag kommer att försöka förklara på ett lättillgängligt sätt principerna för inspelning och reproduktion av holografiska bilder, med hjälp av tydliga ritningar och definitioner av grundläggande fysiska begrepp inom området optik och vågrörelse. Och jag kommer också att prata om den praktiska tillämpningen av holografi, inklusive holografisk registrering av information i datorteknik.
Låt oss börja med en definition som kommer att göra saker lite lättare för oss. Holografi, liksom fotografi, som har varit känt för mänskligheten sedan 19-talet, är ett sätt att få bilder. Båda dessa termer kommer från det grekiska språket, men om ordet fotografi kommer från orden "foto" och "graf", som betyder "ljus" och "bild", kommer den första delen av ordet holografi från "holos" ”, som på grekiska betyder ”hel”.
Därför är holografi att "rita helheten". Vad betyder det? I ett standardfotografi kan vi bara bevara en tvådimensionell bild av det vi ser i en tredimensionell värld. Tanken bakom holografi är att registrera information om hela objektet, inte bara en sida av det. Så att det är möjligt att, med hjälp av den registrerade informationen, reproducera bilden av hela objektet.
Men hur bevarar man utseendet på ett tredimensionellt föremål? För detta används fenomenet ljusinterferens. Synligt ljus, som är en del av det elektromagnetiska spektrumet, består i sig av två komponenter - ett elektriskt fält och ett magnetfält. Men viktigast av allt, ljus är en våg, inte bara en ström av fotoner, så att överlagra flera vågor kan skapa nya vågor med nya egenskaper. Sedan, med hjälp av fenomenet diffraktion, kan bilden av överlagrade vågor reproduceras så att den reflekterar de registrerade egenskaperna.
Läs också:
- Att observera den röda planeten: A History of Martian Illusions
- Teleportering ur vetenskaplig synvinkel och dess framtid
Holograminspelning och visning
Tack vare ljusets vågnatur är det möjligt att spela in ett objekts utseende i tre dimensioner på standardfotografisk film. Med hjälp av en lämplig laser, vars ena stråle är riktad mot en genomskinlig platta och riktas både mot objektet som ska avbildas och direkt mot filmen, skapas ett mönster av överlappande vågor. En sådan bild är en överlagring av ett stort antal störningar av individuella spektrala komponenter av ljus, och om vi ville få ett "foto" från en sådan film, skulle våra ögon inte se ett objekt upplyst av en laser, utan en blandning av interferenslinjer, som i sig inte säger oss något om det fotograferade objektet.
Så här ser det ut i praktiken:
Endast korrekt exponering av filmen, som i det ögonblicket är ett diffraktionsgitter, med hjälp av en fokuserad laserstråle gör att du kan vända hela processen och få en tredimensionell bild av objektet.
XNUMXD holografisk avbildning, även om den liknar den, skiljer sig från den stereoskopiska tekniken, som innebär att man fotograferar ett objekt från två närbilder och sedan placerar plattorna i en enhet som kallas stereoskop. Till exempel populär VR-glasögon arbeta på detta sätt, skapa två något förskjutna bilder. I hologram är denna förskjutning fixerad på ett medium i form av våginterferens.
Läs också:
Hologram och "hologram"
Problemet med tekniken som beskrivs ovan är att den kräver exakt laserljus och nära laboratorieförhållanden för att uppnå tillfredsställande resultat. Och även om den ursprungliga idén med hologram fann praktisk tillämpning, till exempel vid inspelning av data på HVD-standardmedia med en teoretisk kapacitet på flera TB, blev de dock inte ett populärt medium för hemmabruk.
Praktiska lösningar visar att den komplexa processen att erhålla en holografisk bild helt enkelt förlorar till andra tekniker som uppnår samma effekt, men med andra tekniker. Och även om sådana bilder ur vetenskaplig synvinkel inte bör kallas hologram, är det vanligt att kalla alla dessa pseudo-hologram helt enkelt "hologram".
I praktiken är dock varken Tupac-konsertbilden eller bilden av drottning Elizabeth II i hennes 260 år gamla vagn sanna hologram ur vetenskaplig synvinkel.
Ett hologram är inte vad vi ser i HoloLens glasögon eller på vindrutan på en "holografisk display" bil. Oftast är detta en tredimensionell bild skapad med hjälp av flera separata (och inte en, som i fallet med det ursprungliga hologrammet) ljusstrålar som faller från olika sidor på ett medium, som kan vara genomskinligt glas, en vattenridå eller "flytande" vattenånga över en sådan "holografisk display".
Jag har inga större invändningar mot användningen av termen "hologram" i förhållande till dessa tekniker, och huvudorsaken är att den effekt som erhålls på detta sätt mycket ofta motsvarar holografins huvudegenskaper, nämligen lagring och reproduktion av mer information (i det här fallet handlar det om att betrakta objektet från olika vinklar) om objektet.
Också intressant:
Dagens "hologram"
System baserade på projektorer, som visar bilder på olika transparenta material, fungerar lite annorlunda. Ljus riktat från olika vinklar innehåller information om bilden sedd från andra sidan. Strålarna kommer att mötas på ytan av glas, vatten eller, som i fallet med den bortglömda polska uppfinningen Leia Display, en ånggardin, vilket skapar intrycket av en tredimensionell bild som dyker upp i luften (den ultimata fördelen med en sann hologram).
Ett annat exempel är 2020D-skärmarna från Looking. De som projicerar en bild inte på en tvådimensionell yta, utan skapar den inuti en tredimensionell kropp, till exempel glas. Särskilt företaget har arbetat med Looking Glass Factory-lösningen i flera år, och vi kunde beundra de första seriösa resultaten av detta arbete XNUMX.
Vi kan också nämna den tyska Roncalli-cirkusen, som vägrade att utföra handlingar med djur, även om cirkus med djur förresten i Tyskland, till skillnad från många europeiska länder, inte är förbjudna. Nu dyker elefanter, hästar och fiskar upp på arenan i form av hologram.
Systemet, som låter tittarna se hologram, kostade över en halv miljon euro.
Också intressant:
- 10 konstigaste saker vi lärde oss om svarta hål 2021
- Terraforming Mars: Kan den röda planeten förvandlas till en ny jord?
Inser inte folk att de lever i ett hologram?
Naturligtvis var det inte utan människor som stöder idéerna om en världskonspiration. De tror att du och jag har levt i ett stort hologram länge, att världen omkring oss är ett hologram, en matris. Jag ska försöka förklara allt nu.
När filmen "The Matrix" dök upp blev alla mycket förvånade över idén om manuset, som uppstod från bröderna Wachowski. Men idén bakom berättelsen om Matrix finns också i österländska filosofier. Vissa kvantfysiker har länge insett att det som vetenskapen beskriver på matematikens språk har varit känt i århundraden i form av religiösa budskap. Det vill säga, om vi tror på denna teori, så lever vi i ett stort hologram.
De hävdar att mänskligheten har blivit så upptagen att den inte kan lägga märke till vissa saker. Vi observerar världen och deltar i dess skapelse, väldigt ofta utan att inse möjligheten att påverka vad som händer oss. Fysiker söker efter bevis för att det finns ett Higgsfält fullt av karakteristiska bosoner som kallas gudapartikeln, men vi betraktar information om sådana sökningar isolerat från de implikationer som upptäckten av en sådan mekanism skulle få.
Det kan visa sig att bekräftandet av Higgs-bosonernas existens kommer att tvinga oss att ställa oss själva viktiga frågor om världens natur och hur den skapades. Plötsligt kan det visa sig att begreppen Matrix inte är så fantastiska, och vi lever faktiskt alla i ett stort hologram, och vi själva är hologram.
Sådana slutsatser kan dras från den information som erhållits tack vare utvecklingen av kvantfysiken. Vi vet med säkerhet att grundregeln som avgör vad som kommer att hända är sannolikhet. Vi vet också att vissa fysiska experiment helt enkelt är omöjliga eftersom själva faktumet att observera deras effekter avgör vad som händer i dem. Einstein, som insåg konsekvenserna av ett sådant tänkande, sa att världen inte kan vara beroende av en Gud som spelar tärning.
Tänk om vi faktiskt lever i ett stort hologram, och våra interaktioner med det, uttrycken för våra förväntningar och rädslor interagerar med det, vilket får oss att uppleva olika saker? Det finns några metoder för att påverka vad som händer oss, som kallas positiva. Alla som har provat dem vet att det fungerar, och mest för att vi vet att det ska fungera. Samma sak med olika alternativa behandlingar. De bygger på vår förmåga att kontrollera hologrammet genom att eliminera negativa tankar, det vill säga genom tro.
Vetenskapen letar efter ett svar på frågan om varför det finns massa, om materia består av partiklar som faktiskt är tomma. Men för oss människor verkar det fortfarande som att världen runt omkring oss är väldigt verklig, och vi misstänker inte ens att om vi förstod våra förmågor skulle alla kunna vara som Neo från nämnda "Matrix", eller Buddha som kunde röra sig bränna med kraften i din tanke.
Med enkla ord är vi redan i matrisen och vi är alla hologram som ingenting beror på. Jag vill bara le åt sådana idéer om vår värld.
Också intressant: Om kvantdatorer i enkla ord
Kommer alla att ha sitt eget hologram?
Men vi kommer ändå tillbaka till verkligheten. Framtiden är definitivt i 3D-rendering. Det är dock säkert att det kommer att vara långt kvar innan riktiga hologram dyker upp på gatorna, som i filmen "Blade Runner". Tills dess kommer vi att ha många "simuleringshologram" och demonstrationer av teknologier som alltmer kommer att vilseleda våra sinnen och skapa intrycket av att vi tittar på riktiga tredimensionella objekt.
Так Google sätta utvecklarna exakt ett sådant mål. Det är känt att de arbetar med det intressanta Project Starline, det vill säga en "holografisk" monter för samtal. De har redan visat några resultat av sitt arbete.
Google-anställda, med hjälp av en serie kameror och sensorer, skapade exakta 3D-modeller av människor som pratar med varandra, vilket gav intrycket att de är på samma plats. För närvarande har denna lösning testats på företagets kontor.
Vissa forskare tror att vi redan är ett steg bort från utseendet av hologramteknologi i medel för daglig kommunikation mellan människor. För detta kommer det att bli nödvändigt att bygga ytterligare en infrastruktur för nästa generations kommunikation - ett fiberoptiskt nätverk som kopplar samman kontinenterna och en sjätte generationens 6G trådlös kommunikationsinfrastruktur. Många teknikföretag är redan engagerade i sådan verksamhet. Kanske kommer hologram om några år att bli en del av vardagen, men jag hoppas att de inte kommer att ersätta riktig kommunikation mellan människor.
Vissa forskare påpekar också att hologram redan kan användas, eftersom lämplig teknik redan finns, men i detta skede är det så dyrt att det inte är helt lönsamt. Situationen är mycket lik hur Internet utvecklades. På den första nivån trodde nästan ingen på honom, och nu är det omöjligt att föreställa sig nuet utan hans existens.
Så det finns många tecken på att vi om några år kommer att kunna ha våra egna hologram för att besöka våra vänner från bekvämligheten av våra hem. Man bör dock komma ihåg att forskarnas förutsägelser om nödvändig teknik inte alltid går i uppfyllelse.
Du kan hjälpa Ukraina att slåss mot de ryska inkräktarna. Det bästa sättet att göra detta är att donera medel till Ukrainas väpnade styrkor genom Rädda liv eller via den officiella sidan NBU.
Prenumerera på våra sidor i Twitter att Facebook.
Också intressant:
