Mere end 100 år er gået, siden holografiens teoretiske grundlag først blev formuleret, og vi forbinder stadig hologrammer hovedsageligt med klistermærker på plader eller Tupac Shakurs posthume koncert. Men i de senere år er emnet holografi begyndt at udvikle sig aktivt. I dag vil vi fortælle dig alt om mystiske holografiske billeder.
I 1920 fremsatte og bekræftede den polske videnskabsmand Mieczyslaw Wolfke i sit arbejde "Om muligheden for optisk billeddannelse af molekylære gitter" (Über die Möglichkeit der optische Abbildung von Molekulargittern) ideen om en holografisk metode til at opnå billeder. På det tidspunkt var der dog ingen teknologi, der gjorde det muligt at bruge polakkens opdagelse i praksis. Det måtte vi vente på indtil 60'erne af forrige århundrede.
Hologrammer blev almindeligt kendt i 1977 takket være filmen Star Wars, hvor de fungerede som bærere af information og kommunikationsmidler. På denne måde kom en meget kompleks videnskabelig teori ind i popkulturen og fangede fantasien hos millioner af mennesker rundt om i verden. Er vi i dag tæt på George Lucas' vision om emnet holografi?
Læs også: James Webb Space Telescope: 10 mål at observere
Hvad er holografi?
"Hjælp mig, Obi-Wan Kenobi! Du er mit eneste håb!" Denne tekst, kendt af alle Star Wars-fans, er talt ved en tredimensionel projektion af prinsessen Leia, blev for mange seere den første idé om, hvad holografi og holografisk billeddannelse er.
I dag, når vi holder en plade i hænderne med pladerne fra vores yndlingsband, ser vi et farverigt klistermærke på det, der glitrer med forskellige farver i regnbuen. Dette er en holografisk bekræftelse af diskens ægthed og lovlighed. Så dette er også et hologram, men hvordan skabes det, og hvad bruges det til? Jeg vil forsøge at besvare disse spørgsmål så let tilgængeligt som muligt. Det vil dog naturligvis ikke være en nem og enkel opgave, primært på grund af behovet for at definere og forklare nogle fysiske begreber, selvom de fleste af dem burde være bekendt for dig fra dine fysiktimer. Dette er nødvendigt, fordi den endelige effekt er resultatet af den praktiske brug af resultater fra forskellige teknologiområder. Derfor kan en misforståelse af det teoretiske grundlag føre til en misforståelse af hele problemet. Jeg har dog ikke til hensigt at belaste denne artikel med teorier understøttet af Maxwells ligninger. Det kunne det, men hvorfor? Det ville ikke tilføje noget nyt og ville helt sikkert gøre det sværere at forstå. Jeg vil forsøge at forklare på en tilgængelig måde principperne for optagelse og gengivelse af holografiske billeder ved hjælp af klare tegninger og definitioner af grundlæggende fysiske begreber inden for optik og bølgebevægelse. Og jeg vil også tale om den praktiske anvendelse af holografi, herunder holografisk registrering af information i computerteknologier.
Lad os starte med en definition, der vil gøre tingene lidt nemmere for os. Holografi er ligesom fotografi, der har været kendt af menneskeheden siden det 19. århundrede, en måde at opnå billeder på. Begge disse udtryk kommer fra det græske sprog, men hvis ordet fotografi kommer fra ordene "foto" og "graf", som betyder "lys" og "billede", så kommer den første del af ordet holografi fra "holos ”, som på græsk betyder ”helt”.
Derfor er holografi "at tegne helheden". Hvad betyder det? På et standardfotografi kan vi kun bevare et todimensionelt billede af det, vi ser i en tredimensionel verden. Ideen bag holografi er at registrere information om hele objektet, ikke kun den ene side af det. Så det er muligt ved hjælp af den registrerede information at gengive billedet af hele objektet.
Men hvordan bevares udseendet af et tredimensionelt objekt? Til dette bruges fænomenet lysinterferens. Synligt lys, som er en del af det elektromagnetiske spektrum, består i sig selv af to komponenter – et elektrisk felt og et magnetfelt. Men vigtigst af alt er lys en bølge, ikke kun en strøm af fotoner, så overlejring af flere bølger kan skabe nye bølger med nye karakteristika. Derefter, ved hjælp af fænomenet diffraktion, kan billedet af overlejrede bølger reproduceres, så det afspejler de registrerede karakteristika.
Læs også:
- At observere den røde planet: En historie om Mars illusioner
- Teleportation fra et videnskabeligt synspunkt og dets fremtid
Hologramoptagelse og visning
Takket være lysets bølgenatur er det muligt at optage et objekts udseende i tre dimensioner på standard fotografisk film. Ved hjælp af en passende laser, hvoraf den ene stråle er rettet mod en gennemskinnelig plade og er rettet både mod det objekt, der skal afbildes, og direkte mod filmen, skabes et mønster af overlappende bølger. Et sådant billede er en superposition af et stort antal interferenser af individuelle spektrale komponenter af lys, og hvis vi ønskede at få et "foto" fra en sådan film, ville vores øjne ikke se et objekt oplyst af en laser, men en blanding af interferenslinjer, som i sig selv ikke fortæller os noget om det fotograferede objekt.
Sådan ser det ud i praksis:
Kun den korrekte eksponering af filmen, som i det øjeblik er et diffraktionsgitter, ved hjælp af en fokuseret laserstråle giver dig mulighed for at vende hele processen og få et tredimensionelt billede af objektet.
XNUMXD holografisk billeddannelse, selvom den ligner, er forskellig fra den stereoskopiske teknik, som involverer at fotografere et objekt fra to nærbilleder og derefter placere pladerne i en enhed kaldet et stereoskop. For eksempel populær VR briller arbejd på denne måde og skaber to lidt forskudte billeder. I hologrammer er dette skift fikseret på ét medium i form af bølgeinterferens.
Læs også:
- 100 år med kvantefysik: Fra teorier fra 1920'erne til computere
- 5 fremtidige rummissioner at tænke på
Hologram og "hologram"
Problemet med teknologien beskrevet ovenfor er, at det kræver præcist laserlys og tæt på laboratorieforhold for at opnå tilfredsstillende resultater. Og selvom den oprindelige idé med hologrammer fandt praktisk anvendelse, for eksempel ved optagelse af data på HVD-standardmedier med en teoretisk kapacitet på flere TB, blev de dog ikke et populært medie til hjemmebrug.
Praktiske løsninger viser, at den komplekse proces med at opnå et holografisk billede simpelthen taber til andre teknologier, der opnår samme effekt, men ved at bruge andre teknikker. Og selvom sådanne billeder fra et videnskabeligt synspunkt ikke bør kaldes hologrammer, er det sædvanligt at kalde alle disse pseudo-hologrammer simpelthen "hologram".
I praksis er hverken Tupac-koncertbilledet eller billedet af dronning Elizabeth II i hendes 260 år gamle vogn sande hologrammer set fra et videnskabeligt synspunkt.
Et hologram er ikke det, vi ser i HoloLens-briller eller på forruden af en "holografisk display"-bil. Oftest er dette et tredimensionelt billede skabt ved hjælp af flere separate (og ikke en, som i tilfældet med det originale hologram) lysstråler, der falder fra forskellige sider på et medium, som kan være gennemsigtigt glas, et vandgardin eller "flydende" vanddamp over sådan et "holografisk display".
Jeg har ingen større indvendinger mod brugen af udtrykket "hologram" i relation til disse teknikker, og hovedårsagen er, at den effekt, der opnås på denne måde, meget ofte svarer til holografiens hovedegenskaber, nemlig lagring og gengivelse af mere information (i dette tilfælde handler det om at se objektet fra forskellige vinkler) om objektet.
Også interessant:
Dagens "hologrammer"
Systemer baseret på projektorer, som viser billeder på forskellige transparente materialer, fungerer lidt anderledes. Lys rettet fra forskellige vinkler indeholder information om billedet set fra den anden side. Strålerne vil mødes på overfladen af glas, vand eller, som i tilfældet med den glemte polske opfindelse Leia Display, et dampgardin, der skaber indtrykket af et tredimensionelt billede, der optræder i luften (den ultimative fordel ved en ægte hologram).
Et andet eksempel er 2020D-skærmene fra Looking. Dem, der projicerer et billede ikke på en todimensionel overflade, men skaber det inde i en tredimensionel krop, for eksempel glas. Virksomheden har især arbejdet på Looking Glass Factory-løsningen i årevis, og vi var i stand til at beundre de første seriøse resultater af dette arbejde i XNUMX.
Vi kan også nævne det tyske Roncalli-cirkus, som nægtede at udføre handlinger med dyr, selv om cirkus med dyr i øvrigt i Tyskland, i modsætning til mange europæiske lande, ikke er forbudt. Nu dukker elefanter, heste og fisk op i arenaen i form af hologrammer.
Systemet, som giver seerne mulighed for at se hologrammer, kostede mere end en halv million euro.
Også interessant:
- 10 mærkeligste ting, vi lærte om sorte huller i 2021
- Terraforming Mars: Kan den røde planet blive til en ny jord?
Er folk ikke klar over, at de lever i et hologram?
Selvfølgelig var det ikke uden folk, der støtter ideerne om en verdenssammensværgelse. De tror, at du og jeg har levet i ét stort hologram i lang tid, at verden omkring os er et hologram, en Matrix. Jeg vil prøve at forklare alt nu.
Da filmen "The Matrix" dukkede op, var alle meget overrasket over ideen om manuskriptet, som opstod fra Wachowski-brødrene. Men ideen bag historien om Matrix er også til stede i østlige filosofier. Nogle kvantefysikere har længe erkendt, at det, videnskaben beskriver i matematikkens sprog, har været kendt i århundreder i form af religiøse budskaber. Det vil sige, hvis vi tror på denne teori, så lever vi i et stort hologram.
De hævder, at menneskeheden er blevet så optaget, at den ikke er i stand til at lægge mærke til nogle ting. Vi observerer verden og deltager i dens skabelse, meget ofte uden at indse muligheden for at påvirke, hvad der sker med os. Fysikere søger efter beviser for eksistensen af et Higgs-felt fuld af karakteristiske bosoner kaldet gudepartiklen, men vi betragter information om sådanne søgninger isoleret fra de implikationer, opdagelsen af en sådan mekanisme ville have.
Det kan vise sig, at bekræftelse af eksistensen af Higgs-bosoner vil tvinge os til at stille os selv vigtige spørgsmål om verdens natur, og hvordan den blev skabt. Pludselig kan det vise sig, at Matrix-begreberne ikke er så fantastiske, og vi lever faktisk alle i et stort hologram, og vi er selv hologrammer.
Sådanne konklusioner kan drages ud fra den opnåede information takket være udviklingen af kvantefysik. Vi ved med sikkerhed, at den grundlæggende regel, der bestemmer, hvad der vil ske, er sandsynlighed. Vi ved også, at nogle fysiske eksperimenter simpelthen er umulige, fordi selve det at observere deres virkninger bestemmer, hvad der sker i dem. Einstein, der indså konsekvenserne af en sådan tænkning, sagde, at verden ikke kan være afhængig af en Gud, der spiller terninger.
Hvad hvis vi faktisk lever i et stort hologram, og vores interaktioner med det, udtryk for vores forventninger og frygt interagerer med det, hvilket får os til at opleve forskellige ting? Der er nogle metoder til at påvirke, hvad der sker med os, som kaldes positive. Enhver, der har prøvet dem, ved, at det virker, og mest fordi vi ved, at det skal virke. Det samme med forskellige alternative behandlinger. De er baseret på vores evne til at kontrollere hologrammet ved at eliminere negative tanker, det vil sige gennem tro.
Videnskaben leder efter et svar på spørgsmålet om, hvorfor der er masse, hvis stof består af partikler, der faktisk er tomme. Men for os mennesker ser det stadig ud til, at verden omkring os er meget virkelig, og vi har ikke engang mistanke om, at hvis vi forstod vores evner, kunne alle være som Neo fra den nævnte "Matrix", eller Buddha, der kunne bevæge sig brænde med kraften i din tanke.
Med enkle ord er vi allerede i Matrixen, og vi er alle hologrammer, som intet afhænger af. Jeg vil bare smile over sådanne ideer om vores verden.
Også interessant: Om kvantecomputere i simple ord
Vil alle have deres eget hologram?
Men vi vender stadig tilbage til virkeligheden. Fremtiden er bestemt i 3D-gengivelse. Det er dog sikkert, at der vil være lang vej igen, før rigtige hologrammer dukker op på gaden som i filmen "Blade Runner". Indtil da vil vi have mange "simuleringshologrammer" og demonstrationer af teknologier, der i stigende grad vil vildlede vores sanser og skabe det indtryk, at vi ser på rigtige tredimensionelle objekter.
Så Google sætte udviklerne præcis sådan et mål. Det er kendt, at de arbejder på det interessante Project Starline, altså en "holografisk" stand til samtaler. De har allerede vist nogle resultater af deres arbejde.
Google-medarbejdere har ved hjælp af en række kameraer og sensorer skabt nøjagtige 3D-modeller af mennesker, der taler med hinanden, hvilket giver indtryk af, at de er på samme sted. I øjeblikket er denne løsning blevet testet på virksomhedens kontorer.
Nogle videnskabsmænd mener, at vi allerede er et skridt væk fra udseendet af hologramteknologi i midlerne til daglig kommunikation mellem mennesker. Til dette vil det være nødvendigt at bygge endnu en infrastruktur til næste generations kommunikation - et fiberoptisk netværk, der forbinder kontinenterne og en sjette generations 6G trådløs kommunikationsinfrastruktur. Mange teknologivirksomheder er allerede engageret i sådanne aktiviteter. Måske vil hologrammer om nogle år blive en del af hverdagen, men jeg håber ikke, at de vil erstatte reel kommunikation mellem mennesker.
Nogle forskere påpeger også, at hologrammer allerede kan bruges, da de passende teknologier allerede eksisterer, men på dette stadium er det så dyrt, at det ikke er helt rentabelt. Situationen minder meget om, hvordan internettet udviklede sig. På det oprindelige niveau troede næsten ingen på ham, og nu er det umuligt at forestille sig nutiden uden hans eksistens.
Så der er mange tegn på, at vi om få år vil være i stand til at have vores egne hologrammer til at besøge vores venner hjemmefra. Det skal dog huskes, at videnskabsmænds forudsigelser om de nødvendige teknologier ikke altid går i opfyldelse.
Du kan hjælpe Ukraine med at kæmpe mod de russiske angribere. Den bedste måde at gøre dette på er at donere midler til Ukraines væbnede styrker gennem Red livet eller via den officielle side NBU.
Abonner på vores sider i Twitter og Facebook.
Også interessant: