November 7th, 2016

Природа голограммы - «целое в каждой частичке» - дает нам совершенно новый способ понимания устройства и порядка вещей. Мы видим объекты, например, элементарные частицы, разделенными потому, что видим лишь часть действительности.Эти частицы - не отдельные «части», а грани более глубокого единства.

На каком-то более глубоком уровне реальности такие частицы - не отдельные объекты, а как бы продолжение чего-то более фундаментального.

Ученые пришли к выводу, что элементарные частицы способны взаимодействовать друг с другом независимо от расстояния не потому, что они обмениваются какими-то таинственными сигналами, а потому, что их раздельность - иллюзия.

Если разделение частиц - это иллюзия, значит, на более глубоком уровне все предметы в мире бесконечно взаимосвязаны. Электроны в атомах углерода в нашем мозгу связаны с электронами каждого лосося, который плывет, каждого сердца, которое бьется, и каждой звезды, которая сияет в небе. Вселенная как голограмма означает, что нас нет

Голограмма рассказывает о том, что и мы - голограмма.

Ученые из Центра астрофизических исследований в лаборатории имени ферми (Fermilab) сегодня работают над созданием устройства «голометр» (Holometer), с помощью которого они смогут опровергнуть все, что человечество сейчас знает о Вселенной.

С помощью устройства «Голометр» специалисты надеются доказать или опровергнуть безумное предположение о том, что трехмерной Вселенной в таком виде, как мы ее знаем, просто не существует, будучи ничем иным, как своеобразной голограммой. Другими словами, окружающая реальность — иллюзия и не более того.

…Теория о том, что Вселенная является голограммой, основывается на появившемся не так давно предположении, что пространство и время во Вселенной не являются непрерывными.

Они якобы состоят из отдельных частей, точек — как будто из пикселей, из-за чего нельзя увеличивать «масштаб изображения» Вселенной бесконечно, проникая все глубже и глубже в суть вещей. По достижению какого-то значения масштаба Вселенная получается чем-то вроде цифрового изображения очень плохого качества — нечеткой, размытой.

Представьте обычную фотографию из журнала. Она выглядит как непрерывное изображение, но, начиная с определенного уровня увеличения, рассыпается на точки, составляющие единое целое. И также наш мир якобы собран из микроскопических точек в единую красивую, даже выпуклую картинку.

Поразительная теория! И до недавнего времени к ней относились несерьезно. Только последние исследования черных дыр убедили большинство исследователей, что в «голографической» теории что-то есть.

Дело в том, что обнаруженное астрономами постепенное испарение черных дыр с ходом времени приводило к информационному парадоксу — вся содержащаяся информация о внутренностях дыры в таком случае исчезала бы.

А это противоречит принципу сохранения информации.

Но лауреат Нобелевской премии по физике Герард т’Хоофт, опираясь на труды профессора Иерусалимского университета Якоба Бекенштейна, доказал, что вся информация, заключенная в трехмерном объекте, может быть сохранена в двумерных границах, остающихся после его уничтожения, — точно также, как изображение трехмерного объекта можно поместить в двумерную голограмму.

У УЧЕНОГО КАК-ТО РАЗ СЛУЧИЛСЯ ФАНТАЗМ

Впервые «безумная» идея о вселенской иллюзорности родилась у физика Лондонского университета Дэвида Бома, соратника Альберта Эйнштейна, в середине XX века.

Согласно его теории весь мир устроен примерно так же, как голограмма.

Как любой сколь угодно малый участок голограммы содержит в себе все изображение трехмерного объекта, так и каждый существующий объект «вкладывается» в каждую из своих составных частей.

— Из этого следует, что объективной реальности не существует, — сделал тогда ошеломляющее заключение профессор Бом. — Даже несмотря на ее очевидную плотность, Вселенная в своей основе — фантазм, гигантская, роскошно детализированная голограмма.

Напомним, что голограмма представляет собой трехмерную фотографию, сделанную с помощью лазера. Чтобы ее изготовить, прежде всего фотографируемый предмет должен быть освещен светом лазера. Тогда второй лазерный луч, складываясь с отраженным светом от предмета, дает интерференционную картину (чередование минимумов и максимумов лучей), которая может быть зафиксирована на пленке.

Готовый снимок выглядит как бессмысленное переслаивание светлых и темных линий. Hо стоит осветить снимок другим лазерным лучом, как тотчас появляется трехмерное изображение исходного предмета.

Трехмерность не единственное замечательное свойство, присущее голограмме.

Если голограмму с изображением, например, дерева разрезать пополам и осветить лазером, каждая половина будет содержать целое изображение того же самого дерева точно такого же размера. Если же продолжать разрезать голограмму на более мелкие кусочки, на каждом из них мы вновь обнаружим изображение всего объекта в целом.

В отличие от обычной фотографии, каждый участок голограммы содержит информацию о всем предмете, но с пропорционально соответствующим уменьшением четкости.

— Принцип голограммы «все в каждой части» позволяет нам совершенно по-новому подойти к вопросу организованности и упорядоченности, — объяснял профессор Бом. — На протяжении почти всей своей истории западная наука развивалась с идеей о том, что лучший способ понять физический феномен, будь то лягушка или атом, — это рассечь его и изучить составные части.

Голограмма показала нам, что некоторые вещи во Вселенной не поддаются исследованию таким образом. Если мы будем рассекать что-либо, устроенное голографически, мы не получим частей, из которых оно состоит, а получим то же самое, но поменьше точностью.

И ТУТ ПОЯВИЛСЯ ВСЁ ОБЪЯСНЯЮЩИЙ АСПЕКТ

К «безумной» идее Бома подтолкнул еще и нашумевший в свое время эксперимент с элементарными частицами. Физик из Парижского университета Алан Аспект в 1982 году обнаружил, что в определенных условиях электроны способны мгновенно сообщаться друг с другом независимо от расстояния между ними.

Hе имеет значения, десять миллиметров между ними или десять миллиардов километров. Каким-то образом каждая частица всегда знает, что делает другая. Смущала только одна проблема этого открытия: оно нарушает постулат Эйнштейна о предельной скорости распространения взаимодействия, равной скорости света.

Поскольку путешествие быстрее скорости света равносильно преодолению временного барьера, эта пугающая перспектива заставила физиков сильно засомневаться в работах Аспекта.

Но Бом сумел найти объяснение. По его словам, элементарные частицы взаимодействуют на любом расстоянии не потому, что они обмениваются некими таинственными сигналами между собой, а потому, что их разделенность иллюзорна. Он пояснял, что на каком-то более глубоком уровне реальности такие частицы являются не отдельными объектами, а фактически расширениями чего-то более фундаментального.

«Свою замысловатую теорию профессор для лучшего уяснения иллюстрировал следующим примером, — писал автор книги «Голографическая Вселенная» Майкл Талбот. — Представьте себе аквариум с рыбой. Вообразите также, что вы не можете видеть аквариум непосредственно, а можете наблюдать только два телеэкрана, которые передают изображения от камер, расположенных одна спереди, другая сбоку аквариума.

Глядя на экраны, вы можете заключить, что рыбы на каждом из экранов — отдельные объекты. Поскольку камеры передают изображения под разными углами, рыбы выглядят по-разному. Hо, продолжая наблюдение, через некоторое время вы обнаружите, что между двумя рыбами на разных экранах существует взаимосвязь.

Когда одна рыба поворачивает, другая также меняет направление движения, немного по-другому, но всегда соответственно первой. Когда одну рыбу вы видите анфас, другую непременно в профиль. Если вы не владеете полной картиной ситуации, вы скорее заключите, что рыбы должны как-то моментально общаться друг с другом, что это не факт случайного совпадения».

— Явное сверхсветовое взаимодействие между частицами говорит нам, что существует более глубокий уровень реальности, скрытый от нас, —объяснял Бом феномен опытов Аспекта, — более высокой размерности, чем наша, как в аналогии с аквариумом. Раздельными мы видим эти частицы только потому, что мы видим лишь часть действительности.

А частицы — не отдельные «части», но грани более глубокого единства, которое в конечном итоге так же голографично и невидимо, как упоминавшееся выше дерево.

И поскольку все в физической реальности состоит из этих «фантомов», наблюдаемая нами Вселенная сама по себе есть проекция, голограмма.

Что еще может нести в себе голограмма — пока не известно.

Предположим, например, что она — это матрица, дающая начало всему в мире, как минимум, в ней есть все элементарные частицы, которые принимали или будут когда-то принимать любую возможную форму материи и энергии — от снежинок до квазаров, от голубых китов до гамма-лучей. Это как бы вселенский супермаркет, в котором есть все.

Хотя Бом и признавал, что у нас нет способа узнать, что еще таит в себе голограмма, он брал на себя смелость утверждать, что у нас нет причин, чтобы предположить, что в ней больше ничего нет. Другими словами, возможно, голографический уровень мира — просто одна из ступеней бесконечной эволюции.

МНЕНИЕ ОПТИМИСТА

Психолог Джек Корнфилд, рассказывая о своей первой встрече с покойным ныне учителем тибетского буддизма Калу Ринпоче, вспоминает, что между ними состоялся такой диалог:

— Не могли бы вы мне изложить в нескольких фразах самую суть буддийских учений?

— Я бы мог это сделать, но вы не поверите мне, и чтоб понять, о чем я говорю, вам потребуется много лет.

— Все равно, объясните, пожалуйста, так хочется знать. Ответ Ринпоче был предельно краток:

— Вас реально не существует.

ВРЕМЯ СОСТОИТ ИЗ ГРАНУЛ

Но можно ли «пощупать» эту иллюзорность инструментами? Оказалось, да. Уже несколько лет в Германии на гравитационном телескопе, сооруженном в Ганновере (Германия), GEO600 ведутся исследования по обнаружению гравитационных волн, колебаний пространства-времени, которые создают сверхмассивные космические объекты.

Ни одной волны за эти годы, впрочем, найти не удалось. Одна из причин — странные шумы в диапазоне от 300 до 1500 Гц, которые на протяжении длительного времени фиксирует детектор. Они очень мешают его работе.

Исследователи тщетно искали источник шума, пока с ними случайно не связался директор Центра астрофизических исследований в лаборатории имени Ферми Крейг Хоган.

Он заявил, что понял, в чем дело. По его словам, из голографического принципа следует, что пространство-время не является непрерывной линией и, скорее всего, представляет собой совокупность микрозон, зерен, своего рода квантов пространства-времени.

— А точность аппаратуры GEO600 сегодня достаточна для того, чтобы зафиксировать колебания вакуума, происходящие на границах квантов пространства, тех самых зерен, из которых, если голографический принцип верен, состоит Вселенная, — объяснил профессор Хоган.

По его словам, GEO600 как раз и наткнулся на фундаментальное ограничение пространства-времени — то самое «зерно», вроде зернистости журнальной фотографии. И воспринимал это препятствие как «шум».

И Крейг Хоган вслед за Бомом убежденно повторяет:

— Если результаты GEO600 соответствуют моим ожиданиям, то все мы действительно живем в огромной голограмме вселенских масштабов.

Показания детектора пока в точности соответствуют его вычислениям, и, кажется, научный мир стоит на пороге грандиозного открытия.

Специалисты напоминают, что однажды посторонние шумы, выводившие из себя исследователей в Bell Laboratory — крупном исследовательском центре в области телекоммуникаций, электронных и компьютерных систем — в ходе экспериментов 1964 года, уже стали предвестником глобальной перемены научной парадигмы: так было обнаружено реликтовое излучение, доказавшее гипотезу о Большом взрыве.

А доказательства голографичности Вселенной ученые ожидают, когда заработает прибор «Голометр» на полную мощь. Ученые надеются, что он увеличит количество практических данных и знаний этого необыкновенного открытия, относящегося пока все же из области теоретической физики.

Детектор устроен так: светят лазером через расщепитель луча, оттуда два луча проходят через два перпендикулярных тела, отражаются, возвращаются назад, сливаются вместе и создают интерференционную картину, где любое искажение сообщает об изменении отношения длин тел, так как гравитационная волна проходит через тела и сжимает или растягивает пространство неодинаково в разных направлениях.

— «Голометр» позволит увеличить масштаб пространства-времени и увидеть, подтвердятся ли предположения о дробной структуре Вселенной, основанные чисто на математических выводах, — предполагает профессор Хоган.

Первые данные, полученные с помощью нового аппарата, начнут поступать в середине этого года.

МНЕНИЕ ПЕССИМИСТА

Президент Лондонского королевского общества, космолог и астрофизик Мартин Рис: «Рождение Вселенной для нас навсегда останется загадкой»

— Нам не понять законы мироздания. И не узнать никогда, как появилась Вселенная и что ее ждет. Гипотезы о Большом взрыве, якобы породившем окружающий нас мир, или о том, что параллельно с нашей Вселенной может существовать множество других, или о голографичности мира — так и останутся недоказанными предположениями.

Несомненно, объяснения есть всему, но нет таких гениев, которые смогли бы их понять. Человеческий разум ограничен. И он достиг своего предела. Мы даже сегодня столь же далеки от понимания, к примеру, микроструктуры вакуума, сколько и рыбы в аквариуме, которым абсолютно невдомек, как устроена среда, в которой они живут.

У меня, например, есть основания подозревать, что у пространства — ячеистая структура. И каждая его ячейка в триллионы триллионов раз меньше атома. Но доказать или опровергнуть это, или понять, как такая конструкция работает, мы не можем. Задача слишком сложная, запредельная для человеческого разума - «Российский космос«.

Компьютерная модель галактики

Через девять месяцев вычислений на мощном суперкомпьютере, астрофизикам удалось создать компьютерную модель красивой спиральной галактики, которая является копией нашего Млечного пути.

При этом соблюдена физика образования и эволюции нашей галактики. Эта модель, которая создана исследователями из Калифорнийского университета и института теоретической физики в Цюрихе, позволяет разрешить стоящую перед наукой проблему, которая возникла из превалирующей космологической модели Вселенной.

«Предыдущие попытки создать массивную дисковую галактику, подобную Млечному пути, провалились, поскольку у модели был слишком велик балдж (центральная выпуклость), по сравнению с размерами диска», - сказал Хавьера Гуэдес, аспирант астрономии и астрофизики из Калифорнийского университета и автор научной статьи об этой модели, под названием Эрис (англ. «Eris»). Исследование будет опубликовано в журнале Astrophysical Journal.

Эрис представляет собой массивную спиральную галактику с ядром в центре, которое состоит из ярких звезд и других структурных объектов, свойственных таким галактикам как Млечный путь. По таким параметрам как яркость, соотношение ширины центра галактики и ширины диска, звездный состав и другим свойствам, она совпадает с Млечным путем и другими галактиками этого типа.

Как сообщил соавтор, Пьеро Мадау, профессор астрономии и астрофизики в Калифорнийском университете, на воплощение проекта были затрачены немалые средства, которые пошли на покупку 1.4 миллионов процессоро-часов времени расчетов на суперкомпьютере на компьютере НАСА Pleiades.

Полученные результаты позволили подтвердить теорию «холодной темной материи», согласно которой, эволюция структуры Вселенной протекала под воздействием гравитационных взаимодействий темной холодной материи («темной» из-за того, что ее невозможно увидеть, а «холодной» из-за того, что частицы двигаются очень медленно).

«Эта модель отслеживает взаимодействие более 60 миллионов частиц темной материи и газа. В ее коде предусмотрена физика таких процессов как гравитация и гидродинамика, формирование звезд и взрывы сверхновых - и все это в самом высоком разрешении из всех космологических моделей в мире», - сказал Гуэдес.

Голограмма - продукт голографии, объемное изображение, создаваемое с помощью лазера, воспроизводящего изображение трехмерного объекта. Голографии прочат будущее визуальных развлечений, поскольку до сегодняшнего дня этот способ был самым многообещающим способом визуализации трехмерных сцен. За изобретение метода голографии в 1947 году Дэннис Габор получил Нобелевскую премию по физике в 1971 году. Все просто: вы буквально видите реальный объект, который на самом деле является объемной картинкой. Его можно обойти, рассмотреть со всех сторон, можно придать мощную глубину, которой не может похвастать никакая другая технология 3D-отображения.

В рамках двух новых исследований ученые из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) использовали нейронные сети для реконструкции голограмм. Обе работы не только демонстрируют уровень развития голографических технологий, но еще и обещают открыть этим технологиям дверь в медицину, где они смогут произвести настоящую революцию.

В области голографических технологий и интерфейсов в последнее время становятся все более популярными в научной среде. Несмотря на то, что полноценное внедрение голограмм в нашу жизнь произойдет не скоро, практически не остается сомнений в том, что за этими технологиями будущее. Но вполне возможно, что будущее это ближе, чем кажется, ведь недавно специалисты компании KT Corporation (одного из крупнейших южнокорейских операторов мобильной связи) совместно с коллегами из Verizon провели первый в истории сеанс голографической связи, используя для этого возможности мобильных сетей стандарта 5G.

Ни один научно-фантастический фильм, в котором действие происходит как в ближайшем, так и в очень отдаленном будущем, не может обойтись без голографических устройств. Голограмма - это объемное трехмерное изображение, которое, собственно, и помогает героям футуристических миров общаться друг с другом. С другой стороны, все элементы научной фантастики рано или поздно становятся частью повседневной жизни - чего только стоят роботы и полеты в космос, о которых еще сто лет назад человечество только мечтало. Но насколько далеки от нас голограммы и можно ли сделать объемное изображение в домашних условиях без использования специального оборудования?

Будущее у порога

До настоящего времени это слово могло ассоциироваться с научно-фантастическими фильмами или книгами, но наука, как известно, развивается очень быстро, и голографические изображения в скором времени могут стать неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Каким прорывом для связи было создание телефона, сколько изменений привнесла технология сообщения при помощи онлайн-трансляции с веб-камеры! Трудно даже представить, что может дать будущим поколениям развитие голографических технологий. К примеру, почему бы и не пройтись вместе с другом, который живет за несколько тысяч километров от вас, по парку, используя такие устройства?

Механизм в действии

Конечно, все эти фантазии пока еще находятся в достаточно далекой перспективе. На сегодня в более узком, научном смысле голограмма - это особый вид фотографий, которые создаются при специальном освещении, подобие трехмерных изображений. Голографическую фотографию можно даже без особого труда создать на практике. Главное - это механизм создания многомерного, на первый взгляд, изображения. Обеспечивается голографический эффект при помощи полупрозрачного зеркала, разделяющего пучки лазерных излучений на два четких луча. Последние также называются учеными предметной и опорной волной. Первая волна отражает фотографируемый объект и попадает на пленку, а вторая встречает ее на самой пленке, обходя при этом предмет с других ракурсов. Вот так, в принципе, и создается 3D-голограмма. Если во время освещения полученной пленки направить на нее лазерное излучение с такими же по длине волнами, то оно будет преломляться в правильных конфигурациях. Ученые сейчас разрабатывают механизмы, способные передать голографические изображения при обычном свете, без особых преломлений лучей.

Многомерная Вселенная?

Голограмма - это уникальное изобретение человека. Фактически это трехмерное пространство, которое закодировано в плоском изображении. Угол и форма зрительного представления предмета будут изменяться относительно вашей точки зрения. Подобная идея наталкивает писателей-фантастов и некоторых совсем оригинальных ученых на то, что в нашем трехмерном мире также может содержаться бесконечное количество других измерений. Такая идея получила название «теория многомерного мира», и она активно разрабатывается и популяризируется в научно-фантастических произведениях уже много лет. Непосредственным истоком идеи о многомерности была теория струн, также очень популярная в современной физике. Если верить доводам ученых, поддерживающих теорию о многомерности, то сама наша Вселенная - голограмма, поскольку наш трехмерный мир - проекция многомерного пространства. Если возможно кодирование трехмерного изображения в двухмерном, то почему нельзя допустить, что трехмерное пространство, в котором мы воспринимаем реальность, в свою очередь, является проекцией чего-то большего?

Человеческий глаз и многомерность мира

С обычными фотографиями всегда все предельно просто. Глаз воспринимает изображение таким, какое оно есть только на плоскости. Фактически функцией глаза и является «фотографирование» реальности и передача этой информации в мозг, в то время как понятие трехмерности достигается за счет перемещения глаза или самого объекта. В свою очередь, лазерный свет голограммы воспроизводит все необходимые категории изображения - плотность, цвет, освещение - и дает полноценное изображение с любой точки, с которой можно на него смотреть.

До чего дошли современные технологии?

И все-таки, голограмма - это что? Лучше всего представить особенности инноваций в сфере передачи многомерного изображения позволят данные о современной стадии разработок голографических технологий.

Особенно отличаются в этой сфере, как и везде в футуристических технологиях, японцы. Отдельно следует отметить разработки компании Aerial Burton. Результатами исследований стало устройство, позволяющее создавать голограмму при помощи ионизации молекул воздуха. Обычно для создания трехмерной проекции необходима специальная среда, за счет которой лазер формирует изображение. Такой средой может быть и водяной пар, и брызги - вода прекрасно отражает изображение лучей. Японские ученые же смогли создать совершенно иной тип лазера, который добивается переноса изображения на молекулы воздуха, благодаря чему и расположена голограмма в воздухе. Долго, правда, этот лазер пока работать не может, вновь и вновь нужно повторять процедуру ионизирования молекул воздуха. Конечно, пока даже японская компания Aerial Burton смогла достичь только переноса в пространство нескольких светящихся точек, но сами технологии подают большие надежды. В скором времени трехмерные изображения могут появиться и в сфере развлечений, а наиболее далеко идущие предположения - это замена дорожных указателей на голограммы.

Голографический проектор - своими руками!

Но пока трехмерные изображения прямо в воздухе еще нам недоступны, голограмма на телефоне - вполне обыденная вещь. Все, что для этого требуется, несколько часов на создание специального голографического проектора при помощи подручных средств.

Голограмма, своими руками созданная, не потребует от вас большого количества сложных деталей и операций. В принципе, кроме смартфона с выходом в интернет и прозрачной коробочки от CD, ничего больше и не понадобится. От такого способа воссоздания голографических изображений без ума дети, так что, если вам нечем удивить ребенка, возьмите на заметку этот метод.

Алгоритм действий

Итак, берем прозрачную пластиковую коробочку от компакт-дисков, канцелярский нож или нож для стекла, обычные ножницы, линейку, небольшой рулон скотча и, конечно же, смартфон. При помощи линейки чертим на обычном листе бумаги очертание трапеции, придерживаясь следующих пропорций: нижняя основа - шесть сантиметров, верхняя - один. Высота при этом будет равна трем с половиной сантиметрам. Прикладывая такой трафарет к стенкам коробочки, вырезаем четыре фигуры. Скрепив их между собой при помощи обычного скотча или же суперклея, получите необходимую для проекции трапецию.

Невероятное зрелище

Ну вот, теперь и настал момент истины. Проектор готов, осталось только проиграть специально обработанное изображение или видеоряд, рассчитанный на трехмерное проектирование.

Огромным плюсом создания голограмм является то, что сделать это "чудо" может практически каждый в домашних условиях, даже если нет в наличии специального оборудования. Голограммы своими руками создать может каждый, это очень легко и просто!

ГОЛОГРАФИЯ
особый фотографический метод, при котором с помощью лазера регистрируются, а затем восстанавливаются изображения трехмерных объектов, в высшей степени похожие на реальные. Такая фотографическая запись называется голограммой. При освещении лазером голограмма формирует изображение, которое представляет собой точную копию исходного трехмерного объекта и обнаруживает все свойства таких объектов, например изменение перспективы при перемещении наблюдателя. Метод голографии, применяемый в основном для регистрации информации, которую несет свет, отражающийся от некоего объекта или проходящий сквозь него, пригоден отнюдь не только для видимого света. Теоретически этот метод приложим ко всем другим волновым явлениям - звуковым волнам, сверхвысокочастотному, инфракрасному, рентгеновскому и электронному излучению. Этим и объясняется тот интерес, который вызывает голография; однако из-за практических трудностей ее пока не удалось применить к электронам и в рентгеновской области спектра.
См. также ЛАЗЕР .
Суть метода голографии. Пучок света, создаваемый лазером, отличается от света, испускаемого обычными источниками, например электролампой, в двух отношениях. Во-первых, он монохроматичен, т.е. характеризуется только одной длиной волны. Во-вторых, он когерентен, т.е. гребни и впадины каждой его волны согласуются с гребнями и впадинами каждой другой волны. Если рассматривать пучок света как последовательность волновых фронтов, лазерный луч представляет собой такой луч, в котором все точки волнового фронта согласованы по фазе. При взаимном наложении двух когерентных волновых фронтов (в месте пересечения двух когерентных пучков) происходит т.н. интерференция: волновые фронты усиливают друг друга, если совпадают по фазе, и ослабляют, если не согласуются по фазе. На интерференции и основана голография. Одна из возможных схем регистрации голограмм трехмерных объектов представлена на рисунке. Здесь когерентный свет лазера разделяется на два пучка. Одним пучком освещается объект, который необходимо зарегистрировать; свет, отражающийся от объекта, падает на фотографическую пластинку или другую фоточувствительную регистрирующую среду. Другой пучок, называемый опорным, направляется зеркалом под некоторым углом на ту же фотографическую пластинку, где его волновой фронт налагается на волновой фронт, пришедший от объекта. В результате взаимного наложения двух когерентных волновых фронтов возникает интерференционная картина, которая и регистрируется на фотографической пластинке как изменения плотности почернения - увеличение плотности почернения в тех местах, где волновые фронты совпадают по фазе, и уменьшение плотности почернения там, где они пришли не в фазе. Эта запись интерференционной картины и называется голограммой.

Обычно голограмма не обнаруживает никакого сходства с зарегистрированным объектом; это просто какой-то набор темных и светлых пятен, в которых не угадывается никакого смысла. Но, будучи интерференционной картиной, голограмма содержит информацию весьма особого свойства: это запись не только амплитудных, но и фазовых характеристик волнового фронта, отразившегося от объекта. (Амплитуда равна половине разности высот гребня и впадины волны. Чем больше амплитуда, тем интенсивнее свет.) Если теперь объект удалить, а на голограмму направить опорный пучок (т.е. такой же пучок света, как и тот, которым она была записана), то она сформирует волновой фронт, несущий всю ту информацию, которую нес первоначальный волновой фронт. Таким образом, голограмма воссоздает волновые фронты, исходившие от объекта, хотя самого объекта в этом месте уже нет.
Применение голографии. Основные особенности голографии, отличающие ее от фотографии, таковы: 1) это запись интерференционной картины, содержащая не только амплитудную, но и фазовую информацию, тогда как обычная фотография - это запись только интенсивностей света, не содержащая фазовой информации; 2) при регистрации голограммы нет необходимости в фокусировке, голограмма чаще всего не имеет сходства с объектом; 3) голограмма способна восстанавливать точную копию волнового фронта, идущего от объекта (если объект трехмерный, она восстанавливает трехмерное изображение); 4) изменяя угол между опорным пучком и волновым фронтом, идущим от объекта, можно на одном участке фотографической пластинки записать более одной голограммы; 5) в большинстве случаев для восстановления изображения достаточно любой малой части голограммы; если голограмма повреждена или частично уничтожена, она все равно восстановит изображение. Эти и некоторые другие важные особенности голограмм привлекли внимание многих исследователей, стремившихся довести голографию до практического применения. На "объемных голограммах", полученных с регистрацией интерференционной картины по толщине фотоэмульсионного слоя на фотопластинке, была продемонстрирована возможность восстановления многоцветных трехмерных изображений при освещении белым светом. Весьма перспективным представляется применение голографии в микроскопии. Благодаря возможности спокойно исследовать трехмерный объект, после того как записана его голограмма, устраняются некоторые трудности, связанные с визуальным исследованием объектов при большом увеличении. То, что вместо самого объекта рассматривается его восстановленное голографическое изображение, не мешает исследователю использовать метод фазового контраста и другие методы микроскопии. Более того, этим могут быть существенно уменьшены трудности, связанные с подготовкой образца, в ходе которой объект может оказаться деформированным. В данной области ведутся интенсивные разработки. Голография привнесла много нового в интерферометрию - область прецизионной измерительной техники, основанной на применении интерференции. Был создан ряд голографических методов, позволяющих получать восстановленное изображение объекта вместе с волновым фронтом от того же самого объекта после какой-либо его деформации, столь малой, что ее невозможно обнаружить другими методами. На интерференционной картине, возникающей при взаимном наложении двух волновых фронтов, выявляются деформационные искажения порядка длины волны света. Голографическими методами можно исследовать с интерферометрической точностью любые объекты; не требуется, чтобы их поверхности были оптического или близкого к оптическому качества. Поиски возможностей применения голографии продолжаются. В области т.н. оптической фильтрации и оптической обработки данных удалось достичь некоторого успеха при использовании специальных голограмм для распознавания особенностей рельефа на аэрофотоснимках. Голографические методы облегчают обработку радиолокационной информации; они нашли применение при расшифровке данных бортовых самолетных РЛС. Ряд научных организаций работает над устранением еще имеющихся трудностей. Методами, аналогичными оптическим, были получены акустические голограммы - записи картин интерференции звуковых волн. Были сделаны голограммы объектов, находящихся под водой; в ряде лабораторий ведутся исследования возможностей применения голографических методов при ультразвуковом просвечивании человеческого тела. Результаты такого просвечивания можно представить в виде оптического изображения. Методами, аналогичными методам оптической и акустической голографии, можно получать голограммы в сверхвысокочастотном излучении. Специальные СВЧ-голограммы, зарегистрированные с борта самолета, позволяют получать изображения местности с высоким разрешением рельефа.
Историческая справка. Основные принципы голографии сформулировал в 1947 Д. Габор из Королевского научно-технического колледжа в Лондоне. Однако метод не находил практического применения до начала 1960-х годов, когда появился лазер. Применив лазер и усовершенствовав первоначальный голографический метод, Э.Лейт и Ю.Упатниекс из университета штата Мичиган получили голограммы, которые давали необычайно похожие на реальность трехмерные изображения. В 1962 Лейт и Упаниекс представили свой метод лазерной голографии. После этого метод голографии начал быстро развиваться. Были разработаны голограммы, позволяющие восстанавливать изображение в белом свете; активно ведутся исследования в направлении применения голографии для обработки данных.
ЛИТЕРАТУРА
Вьено Ж.-Ш., Смигильский П., Руайе А. Оптическая голография. М., 1973 Применения голографии. М., 1973 Физические основы голографии. Л., 1981 Клименко И.С. Голография сфокусированных изображений и спекл-интерферометрия. М., 1985

Энциклопедия Кольера. - Открытое общество . 2000 .

Смотреть что такое "ГОЛОГРАФИЯ" в других словарях:

Голография … Орфографический словарь-справочник

- (от греч. holos весь полный и...графия), метод записи, воспроизведения и преобразования волновых полей, основанный на интерференции волн. Предложен Д. Габором в 1948. Голография позволяет получать изображение объектов. На фоточувствительный слой … Большой Энциклопедический словарь

ГОЛОГРАФИЯ, процесс создания голограммы. Одна или несколько фотографий накладываются на одну пленку или пластину с использованием интерференции между двумя частями расщепленного луча ЛАЗЕРА. На первый взгляд сформированная модель бессмысленна, но … Научно-технический энциклопедический словарь

- (от греч. holos весь, полный и grapho пишу), способ записи и восстановления волн. поля, основанный на регистрации интерференц. картины, к рая образована волной, отражённой предметом, освещаемым источником света (п р е д м е т н а я волна), и… … Физическая энциклопедия

- [Словарь иностранных слов русского языка

Голография - см. Криминалистическая голография … Энциклопедия права

ГОЛОГРАФИЯ, и, жен. (спец.). Получение объёмного изображения, основанное на взаимном действии (наложении друг на друга) световых волн. | прил. голографический, ая, ое. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова

И получил «за изобретение и развитие голографического принципа» Нобелевскую премию по физике в 1971 году .

Физические принципы

Рассеянные объектом волны характеризуются амплитудой и фазой. Регистрация амплитуды волн не представляет затруднений; обычная фотографическая пленка регистрирует амплитуду, преобразуя её значения в соответствующее почернение фотографической эмульсии. Фазовые соотношения становятся доступными для регистрации с помощью интерференции, преобразующей фазовые соотношения в соответствующие амплитудные. Интерференция возникает, когда в некоторой области пространства складываются несколько электромагнитных волн, частоты которых с очень высокой степенью точности совпадают. Когда записывают голограмму, в определённой области пространства складывают две волны: одна из них идёт непосредственно от источника (опорная волна), а другая отражается от объекта записи (объектная волна). В этой же области размещают фотопластинку (или иной регистрирующий материал), в результате на этой пластинке возникает сложная картина полос потемнения, которые соответствуют распределению электромагнитной энергии (картине интерференции) в этой области пространства. Если теперь эту пластинку осветить волной, близкой к опорной, то она преобразует эту волну в волну, близкую к объектной. Таким образом, мы будем видеть (с той или иной степенью точности) такой же свет, какой отражался бы от объекта записи.

Собственно любая голограмма является способом сохранения информации об электромагнитной волне в виде интерференционной картины (максимумов и минимумов пучностей) методом физической записи в специальной среде об отражённом от объекта, рассеянном, волновом фронте электромагнитного излучения, его амплитуде (яркости) и сдвиге фазы (объёме) в некоторой точке с возможно меньшей потерей информации, либо имитации такой картины специальными голографическими методами.

Источники света

Голограмма является записью интерференционной картины, поэтому важно, чтобы длины волн (частоты) объектного и опорного лучей с максимальной точностью совпадали друг с другом, и разность их фаз не менялась в течение всего времени записи (иначе на пластинке не запишется чёткой картины интерференции). Поэтому источники света должны испускать электромагнитное излучение с очень стабильной длиной волны в достаточном для записи временном диапазоне.

Крайне удобным источником света является лазер . До изобретения лазеров голография практически не развивалась (вместо лазерного излучения использовали очень узкие линии в спектрах испускания газоразрядных ламп , что очень затрудняло эксперимент). На сегодняшний день голография предъявляет одни из самых жёстких требований к когерентности излучения лазеров.

Чаще всего когерентность принято характеризовать длиной когерентности - той разностью оптических путей двух волн, при которой контраст интерференционной картины уменьшается в два раза по сравнению с интерференционной картиной, которую дают волны, прошедшие от источника одинаковое расстояние. Для различных лазеров длина когерентности может составлять от долей миллиметра (мощные лазеры, предназначенные для сварки, резки и других применений, нетребовательных к этому параметру) до сотен и более метров (специальные, так называемые одночастотные лазеры).

История голографии

Первая голограмма была получена в 1947 году (задолго до изобретения лазеров) Денешем Габором в ходе экспериментов по повышению разрешающей способности электронного микроскопа . Он же придумал само слово «голография», которым он подчеркнул полную запись оптических свойств объекта. К сожалению, его голограммы отличались низким качеством. Получить качественную голограмму без когерентного источника света невозможно.

Схема записи Денисюка

Схема Денисюка

Q = 2 π λ d n Λ 2 {\displaystyle Q={\frac {2\pi \lambda d}{n\Lambda ^{2}}}} ,

Где λ - длина волны; d - толщина слоя; n - средний показатель преломления слоя; Λ - расстояние между интерференционными плоскостями.

Объёмными (толстыми) голограммами считаются такие, у которых Q > 10. И наоборот, голограмма считается тонкой (плоской), когда Q < 1.

Галогенсеребряные фотоматериалы

Основным фотоматериалом для записи голограмм являются специальные фотопластинки на основе традиционного бромида серебра . За счёт специальных присадок и специального механизма проявления удалось достичь разрешающей способности более 5000 линий на миллиметр, однако за это приходится платить крайне низкой чувствительностью пластинки и узким спектральным диапазоном (точно подобранным под излучение лазера). Чувствительность пластинок настолько низкая, что их можно выставить на несколько секунд под прямой солнечный свет без риска засветки.

Кроме того, иногда применяются фотопластинки на основе бихромированной желатины , которые обладают ещё большей разрешающей способностью, позволяют записывать очень яркие голограммы (до 90 % падающего света преобразуется в изображение), однако они ещё менее чувствительны, причём они чувствительны только в области коротких волн (синий и, в меньшей степени, зелёный участки спектра).

В России крупное промышленное (кроме некоторого количества мелких) производство фотопластинок для голографии осуществляет российская «Компания Славич ».

Некоторые схемы записи позволяют писать и на пластинках с меньшей разрешающей способностью, даже на обычных фотоплёнках с разрешением порядка 100 линий на миллиметр, однако эти схемы имеют массу ограничений и не обеспечивают высокого качества изображения.

Фотохромные кристаллы

Наряду с фотографическими мелкозернистыми галогенсеребряными средами, применяются так называемые фотохромные среды , изменяющие спектр поглощения под действием записывающего света.

KCl

Одними из эффективнейших среди фотохромных кристаллов являются щёлочно-галоидные кристаллы , из которых наилучшие результаты были получены на аддитивно окрашенных кристаллах хлорида калия (KCl). Голограммы, записанные на таких кристаллах, достигают 40 % относительной дифракционной эффективности при теоретически возможной в данной среде 60 %. При этом голограммы в данном материале весьма толстые (толщиной до нескольких миллиметров, и могут в принципе достигать единиц сантиметров). Голографическая запись в аддитивно окрашенных кристаллах KCl базируется на фототермическом F-X преобразовании центров окраски , то есть фактической коалесценции одиночных анионных вакансий в более крупные кластерные образования размером десятки нанометров . При этом голографическая запись в таких кристаллах реверсивна (обратима) и очень устойчива по времени .

Также возможна голографическая запись с помощью легирования кристаллов соответствующей примесью. Возможно использовать для этой цели эффект компенсационного влияния введенных в АО KCl катионных (ионы Са ++) и анионных (ионы ОН −) примесей на процесс фототермического преобразования F-центров. Показано, что просветление при этом в максимуме полосы поглощения F-центров достигает 90 % и не сопровождается образованием центров, обуславливающих поглощение в видимой области спектра. Разработан механизм такого влияния, основанный на фотохимических реакциях, конечные продукты которых поглощают в УФ-диапазоне. Обосновано, что ключевую роль в рассматриваемом явлении играют бивакансии и комплексы Са ++ (ОН −) 2 - катионная вакансия. На основе полученных результатов разработана новая фотохромная система для формирования голограмм, основанная на эффекте компенсации влияния катионных и анионных примесей