В огромном мире оптики

Добро пожаловать на наш сайт!

Веком великих открытий образно называют XX век. Это определение вполне справедливо. Именно в XX веке Выли сделаны наиболее важные научные открытия и изобретения. Они и определили главные направления технического прогресса.

 

С каждым годом темпы его нарастали. Особенно они возросли за последние 25—30 лет. За этот период техника значительно шагнула вперед. Достигнутые же с ее помощью результаты создали такие необыкновенные возможности, о которых человек мог только мечтать!

 

Много революционных преобразований произошло в физике. Они в значительной степени изменили устоявшиеся представления о картине мира. Неузнаваемо менялись законы классической физики, которые, долгие годы казались вечными и незыблемыми. Все это и позволило по-новому подойти к тем направлениям в науке и технике, которые раньше были отнесены к бесперспективным. Благодаря этому ряд изобретений из списка бесперспективных был переведен в разряд перспективных.

 

 Блестящим примером такой «пересортировки» может служить голография. Она длительное время считалась бесперспективным направлением, этакой оптической диковинкой.

Но вот в науке произошел качественный скачок. Получила широкое развитие квантовая электроника. Следствием этого явилось изобретение долгожданного мощного источника когерентного света — лазера.

Применение лазера в голографии сразу позволило вывести ее на путь практически решаемых технических проблем.

 

 Голография представляет собой пример изящного технического решения проблемы, позволяющего создать объемное изображение. В ее основе лежат три фундаментальных положения оптики: волновая природа света, базирующаяся в значительной своей части на знаменитом принципе Гюйгенса — Френеля, интерференция и дифракция.

Замечательной особенностью голографии является получение зрительного образа предмета, который обладает всеми признаками оригинала. При этом достигается полная иллюзия присутствия предмета. В голографии запись и воспроизведение изображения производятся при помощи лазера. Поэтому голографию иногда называют фотографированием в лучах лазера. Формально это определение правильное. Ведь голография и фотография— два способа записи световой информации об объекте, который видит наблюдатель. В обоих случаях изображение регистрируется на фотопластинке. Это как бы роднит фотографию с голографией. Однако принципиально оба способа резко отличаются друг от друга. Также различны и результаты этой записи. В голографии эта запись называется голограммой, а в фотографии— фотоснимком. Голограмма отличается от обычной фотографии (фотоснимка) тем, что на ней записывается не изображение, сфокусированное в светочувствительном слое, а интерференционная картина, определяемая этим изображением. Голограмма отражает все стороны наблюдаемого предмета, в том числе и его объемность. На фотографии же вся глубина реальных предметов зажата в одной плоскости.

 

Внешне голограмма напоминает засвеченный фотографический негатив. На ней нет никаких признаков «фотографируемого» предмета. Однако стоит только осветить голограмму лучом лазера, она как бы оживает.

 

Создается впечатление, будто кто-то неожиданно поднял занавес, скрывавший от нас окно, ведущее в объемный мир. Там, за «окном», появляется объемное изображение, ранее «сфотографированное» лучом лазера. Роль такого окна играет фотопластинка, которая как бы обрамляет объемное изображение. Предметы находятся в глубине фотопластинки как отражение в зеркале. Голограмма отличается от обычной фотографии как скульптура от картины.

С помощью голографии можно получать такие объемные изображения, которые создают полную иллюзию реальности наблюдаемых предметов — зрительное ощущение объемности, цвета (включая все оттенки цветов) и ракурса.

 

Эти объемные изображения настолько реальны, что зритель не в состоянии отличить их от самого предмета. Само же изображение наблюдается точно в том же самом месте, где находился предмет при записи голограммы. Ощущением реальности голографического изображения мы обязаны так называемому эффекту присутствия. Он слагается из эффекта оглядывания, объемности, параллакса и игры бликов. Зрительное восприятие голограммы аналогично восприятию объемного изображения реального предмета. Это значит, что наблюдатель может фокусировать глаз на любую точку изображения и, смещая голову, наблюдать параллакс, видеть игру бликов.

 

А если это так, то, разглядывая голограмму, можно заглянуть за предметы, находящиеся на переднем плане, и увидеть ту часть предметов, которая как бы закрыта предметами, расположенными ближе к наблюдателю. Такого эффекта средствами обычной фотографии получить нельзя.

Действительно, попытайтесь, рассматривая обычную фотографию, заглянуть за предметы, находящиеся на переднем плане. Вам это, конечно, не удастся. Ведь фотография — это плоское изображение объемного предмета или группы предметов под определенным углом зрения.

 

На голограмме изображение предмета настолько совершенно и правдоподобно, что наблюдатель восприни-нимает его как материально ощутимый предмет. Невольно возникает желание приблизиться к нему и даже потрогать его. Тянешься к нему рукой, но пальцы натыкаются на пустоту. Оказывается, голографическое изображение можно лишь отчетливо видеть, но не осязать. Почему? Потому что на голограмме мы видим не сам материальный предмет, а его «призрак». Поэтому голографию иногда образно называют наукой о призраках. Голография еще сравнительно молодая наука. За последние годы она уже получила широкое применение в науке, технике, медицине, изобразительном искусстве, музейном деле, политической наглядной агитации, строительстве и архитектуре, интроскопии и т.д.

 

Это далеко не полный список областей ее возможного применения.

Чем же объяснить стремительное развитие голографии? Прежде всего тем, что в ряде отраслей техники голография открыла такие перспективы решения научно-технических проблем, которые нельзя решить никакими известными техническими средствами.

Возьмем такую сложную и трудную техническую проблему, какой является возможность исследования быстропротекающих процессов. Речь идет об изучении полета пули в пространстве, движения воздушных потоков в аэродинамической трубе, процесса образования плазмы в ядерном реакторе. Голография позволяет решить эти проблемы очень легким и надежным способом. С ее помощью быстропротекающие процессы как бы замораживаются. И вот тогда исследователи получают исключительную возможность собрать необходимую информацию об этих процессах.

 

Так же обстоит дело с исследованием вибраций в технике. Здесь помог метод голографической интерферометрии.

Можно привести еще немало примеров, когда средства голографии оказываются крайне полезными в технике и медицине.

А разве не перспективны возможности голографии в изобразительном искусстве, голографической кино и телевидении?! В этих областях с голографией не может конкурировать ни одно техническое средство.

Первенцем голографии является оптическая голография. Поэтому, рассказывая о ее возможностях, мы имеем обычно в виду видимый диапазон электромагнитного спектра. Но возможности голографии не ограничиваются оптическим диапазоном. Они могут осуществляться и в других диапазонах волн.

 

За последние годы голография получила развитие в диапазоне упругих колебаний высокой частоты. Это ультразвуковые колебания. Появилось новое направление голографии — акустическая голография, или, как ее еще называют, ультразвуковая голография. С ее помощью очень успешно решается проблема звуковидения. Благодаря этому акустическую голографию стали применять для дефектоскопии, звукопеленгации, звуколо-кации, изучения рельефа морского дна, а также в медицине для получения трехмерных (объемных) изображений внутренних органов человеческого организма.

Особенностью акустической голографии является то, что регистрация звуковых голограмм производится таким образом, при котором возможно оптическое восстановление изображения.

Первые успешные результаты практического применения голографии вызвали во всем мире бум. Ей приписывались самые необыкновенные возможности. А это породило миф о ее универсальности.

 

Потребовалось некоторое время, чтобы ученые выявили ее истинные возможности. Было установлено, что голография не универсальный метод, что она, как и каждый метод, имеет свои предельные возможности и не является «панацеей от всех бед». Поэтому ей не всегда следует «поручать» решение таких проблем, которые не удается реализовать обычными техническими средствами.

 

В результате такого анализа в списке технических проблем, решаемых голографией, остались, только те, которые она действительно может разрешить.

Наряду с учеными голографией заинтересовались писатели-фантасты. Они сразу же взяли ее на вооружение и использовали для сюжетов своих научно-фантастических романов. В этих романах фигурируют голографиче-ские «призраки», выполняющие самые различные функции. Там же описываются очень заманчивые технические изобретения, которые могли бы быть осуществлены с помощью голографии.

 

Надо отдать должное писателям-фантастам. Они мастерски справляются с этой темой. И это касается не только голографии. В некоторых научно-фантастических романах им удалось так образно нарисовать техническое будущее человечества, что приходится только поражаться их способности научного предвидения.

Вспомним, например, научно-фантастический роман А. Н. Толстого «Гиперболоид инженера Гарина», в котором описан прототип современного лазера, или другой его роман — «Аэлита», где описывается старт большой ракеты с такими подробностями, как будто писатель лично присутствовал на современном ракетодроме.

В научно-фантастических романах писатели рассказывают об объемном изображении объекта, неотличимом от оригинала и создающем иллюзию его присутствия.

Для иллюстрации сказанного приведем сценку из научно-фантастического романа «Возвращение со звезд» польского писателя-фантаста Станислава Лема:

 

«.В глубине стояли два бесколесных авто, горело несколько ламп, трое мужчин быстро жестикулировали, как будто спорили друг с другом. Я подошел к ним.

— Хэлло!

Они даже не оглянулись и продолжали быстро говорить. Я ничего не понимал. «Тогда сапай, тогда сапай»,— пискляво повторял самый маленький, с брюшком. На голове у него была высокая шапка.

Послушайте, я ищу гостиницу. Где здесь.

Они не обращали на меня внимания, как будто меня и не было. Меня охватила злость. Уже совершенно молча я вошел в их круг. Ближайший ко мне — я видел его глуповато поблескивающие белки и прыгающие губы — зашепелявил:

— Што я должен шапать? Ты шам шапай! Как будто он обращался ко мне.

— Что вы строите из себя глухих? — спросил я, и внезапно с того места, где я стоял — точно из меня, из моей груди,— вырвался писклявый крик:

— Вот я тебе! Вот я тебя сейчас!

Я отскочил, и тогда появился обладатель голоса, этот толстяк в шапке,— я хотел схватить его за плечи, пальцы прошли насквозь и сомкнулись в воздухе. Я застыл, словно оглушенный, а они продолжали болтать.»

 

Как видите, в этом романе фигурируют голографиче-ские «призраки», соответствующие натуральной величине человека, позволяющие их осматривать со всех сторон и имеющие ту же цветовую гамму, что и реальные объекты, а также обладающие «эффектом присутствия».

'Гак в художественной литературе описываются возможности голографии недалекого будущего.

Конечно, все эти говорящие и двигающиеся «призраки» поражают воображение читателя и даже кажутся неправдоподобными. И тем не менее это возможно осуществить в ближайшем будущем силами голографиче-ского кино и голографического телевидения. Пока же научная фантазия заглядывает далеко вперед. Ведь писатели-фантасты в своих литературных произведениях исходят из реальных достижений голографии и ее необыкновенных возможностей, а остальное дополняют своим воображением. Во всяком случае, фантазия близка к тому, чтобы стать былью!

Вот об этих необыкновенных возможностях голографии читатель и прочтет в этой книге.

Однако надо сразу же оговориться. При ознакомлении с возможностями, которые предоставляет голография, многое может казаться невероятным. Пусть это не смущает читателя.

В книге нет ничего придуманного и тем более невероятного.

Прогрессивный писатель Томас Харди часто говорил: «Бывают вещи слишком невероятные, чтобы в них можно было поверить. Но нет вещей, настолько невероятных, чтобы они не могли произойти».

Голография уже давно перешла из области невероятного в область очевидного. Все в ней основано на достижениях современной науки и техники. И тем не менее весь наш рассказ о голографии и ее возможностях может показаться читателю настолько необычным, что невольно вспоминаются слова Овидия: «Быль расскажу, но она такова, что покажется сказкой!»