Краткий разбор по созданию голограмм и реальные примеры их применения.
В закладки
Голограммы позволяют отражать объекты в трёхмерном пространстве даже без применения специальных очков. Такое изображение можно использовать на презентациях, деловых мероприятиях, в музеях, во флагманских магазинах - везде, где важно взаимодействие с объектом.
Создание голограммы
Есть два способа создания голограмм: компьютерный - для очков дополненной реальности и физический - для оптических дисплеев.
Компьютерный метод
Microsoft - первая компания, которая представила голографические очки HoloLens. На презентации в 2015 году компания заявила , что новое устройство перевернёт представления о технологии дополненной реальности. Windows Holographic - это виртуальные объекты, встроенные в реальный мир.
Для создания голограмм для HoloLens разработчики используют инструмент HoloStudio. Приложение умеет импортировать файлы из других сервисов или создавать 3D-объекты с помощью интерфейса.
Физический способ
В физике голография - это особый фотографический метод, при котором сначала с помощью лазера регистрируются, а затем восстанавливаются максимально приближенные к реальным 3D-изображения. При освещении лазером голограммы формируют точный 3D-клон объекта и копируют его свойства. Например, изменение перспективы при перемещении смотрящего.
В век современных компьютеров новые технологии шагают все дальше и дальше. Люди привыкли видеть голографические картинки на игрушках, на одежде, на упаковках. Но многие ли знают, что уже существует 3D проектор, который создает видимые глазу без специальных очков голографические изображения?
Голограмма - это что?
Хорошая упаковка продукции - это ни больше ни меньше как лицо бренда или компании. Разумеется, товар встречают по «одежке», а вот провожают уже по качеству. Тогда что такое голограмма на упаковке? Гарантия того, что покупатель приобретает качественный и оригинальный товар.
На сегодняшний день голографическое изображение на заказ не является особой редкостью, потому что есть множество причин использовать его как на упаковках, так и на картах товаров. Что такое голограмма? В первую очередь, отличный, а главное, эффективный способ защитить продукцию от подделок. Голограмма, фотопример которой представлен ниже, дает покупателям гарантию, что они приобретают настоящий товар, а не поддельный, ведь нелегально упаковку или карту, на которой имеется подобное изображение, подделать во много раз сложнее.
Где применяются голографические изображения?
Итак, голограмма - это гарантия Кроме того, это отличный способ защитить товары или документы от подделки. Например, голограмма в трудовой книжке. Подобного рода изображения на упаковках способны сохранить продукцию от вскрытия. Защита пластиковых банковских карт также происходит с помощью голограммы. Эти изображения эффективно повышают возможности брендинга. Кроме того, голограмма - это один из способов улучшить внешний
Изготовление голограмм
Естественно, что разработка и изготовление подобного изображения проводятся строго индивидуально. Почему? Потому что голограмма - это своеобразный замок. А если все замки являются копиями друг друга, то и подобрать ключ (то есть изготовить подделку) не составит большого труда. Поэтому с целью повышения уровня защиты того или иного товара необходимо создавать каждый логотип с нуля.
Изготовление голограмм - достаточно сложный процесс, ведь они бывают разных типов. К примеру, саморазрушающиеся изображения. Неоднократно наблюдались случаи, когда мошенники скупали большое количество товара, снимали этикетки и клеили на их место поддельные голограммы. Чтобы это предотвратить, в ход пошла саморазрушающаяся голограмма. Это значит, что если наклейку один раз сняли, то ее невозможно будет использовать во второй раз. Вследствие этого вероятность подделки товара снижается.
Интересно то, что голограмма фото также подлежит изготовлению. То есть, если у вас есть любимая фотография, то вы можете заказать ее голографическое изображение. Единственное «но» - оно все равно будет выглядеть плоским, так как третье, отсутствующее, измерение на бумаге не сможет восполнить даже голографическая съемка.
3D проектор - что это?
На сегодняшний день уже изобретен 3D проектор, или система трехмерного проецирования, которая позволяет создать реалистичные изображения в пространстве, способные двигаться. Это могут быть фотографии или чертежи любых предметов или даже изображения людей. Диапазон, который может вместить подобная 3D голограмма, варьируется от размеров баскетбольного мячика до габаритов танка в масштабе 1:1.
Кроме того, подобная технология - это не просто показ трехмерных изображений. Она позволяет взаимодействовать людям и виртуальным объектам. К примеру, человек может повернуть изображение, наглядно показать, как действует виртуальная система и прочее.
Зачем нужен 3D проектор? Чем он полезен?
При 3D показе зрителям вовсе не обязательно сидеть в специальных очках. Все действия происходят как в реальности, только в виртуальной среде. И предметы, и людей зритель видит объемными, независимо от расстояния от человека до изображения и угла наблюдения. И все это доступно и без 3D очков!
Помимо всего прочего, подобный проектор является визуализатором самых смелых идей. Он позволяет показать зрителю все что угодно, и при этом максимально реалистично, потому что изображение имеет разрешение Full HD, вне зависимости от его размера.
Визуализация человека, который по каким-либо причинам не смог приехать на мероприятие
3D проектор позволяет максимально реалистично показать того человека, который не смог присутствовать на встрече. В этом случае «реалистично» - значит так, будто бы человек стоит сейчас на сцене и разговаривает с залом. То есть очень живо и правдоподобно.
Поэтому даже если у реального выступающего нет возможности участвовать в шоу, его голограмма блестяще справится и без него. Причем копия будет действовать абсолютно так же, как и оригинал, к примеру, взаимодействовать с предметами, свободно расхаживать по сцене, обращаться к аудитории, танцевать, петь и прочее.
В зрительном зале даже могут не распознать подобную подмену и не догадываться, что перед ними копия, до тех пор, пока в их не появится двойник.
Показать зрителю то, что не вмещается в зрительном зале без материальных и денежных затрат
С помощью 3D технологии легко можно показать предметы, обладающие значительным весом, громоздкие и сложные для транспортировки. В этом случае использовать трехмерное изображение предмета куда проще, удобнее и рациональнее, чем оригинальный объект. Представьте, что вам необходимо продемонстрировать, к примеру, танк времен Великой Отечественной войны, находясь в зале размером 10 на 10 метров, который, ко всему прочему, забит зрителями. Виртуальное изображение вы легко сможете прокрутить, уменьшить или увеличить.
На простых примерах показать нечто сложное
Вы сумеете без проблем продемонстрировать зрителю достаточно сложный объект, например, устройство механизма или целого комплекса.
Естественно, можно транспортировать и установить сложнейшее оборудование на вращающейся платформе. Включить опыт в сценарий лекции, хоть и с большими затратами сил, времени и нервов, предположим, можно. А вот с помощью 3D проектора вы сумеете разобрать сложную машину на составные части, выбрать определенную деталь и увеличить ее размеры, потом продемонстрировать зрителю, как работает именно она, кроме того, можно показать ее принцип работы в разрезе. 3D-технология позволяет все это сделать, не прикладывая усилия. Кроме того, деталь будет демонстрироваться в натуральном размере.
Наглядно показать несуществующее или невидимое
Для подавляющего большинства людей главный канал восприятия информации - зрение. Это делает наглядность одним из важнейших свойств новейших технологий, потому что с помощью нее можно показать зрителю все, что необходимо.
Наглядность особенно ценится в тех случаях, когда реальный объект показать невозможно, так как он мал или невидим. К примеру, можно продемонстрировать зрителям радиоизлучение телефона и его влияние на организм или показать, как происходит процесс заживления раны.
Восхитить зрителя - устроить зрелищное шоу
Довольно часто ораторы задаются целью удивить зрителя, показать ему то, чего он наверняка еще не видел. Обычно после постановки подобной задачи люди начинают ломать голову, что показать, а главное, как. Ведь в век Интернета удивить публику очень и очень непросто. С этой задачей вполне справится пара художников и 3D проектор.
Таким образом, можно сделать вывод, что технология голограмм и 3D технологии значительно шагнули вперед. Осталось только дождаться, когда подобное начнет внедряться в
Что такое голограмма?
Несмотря на то, что в наше время понятие голограммы приобрело оттенок некоего таинственного заклинания, призванного объяснить вся и все, само явление голографии весьма просто.
Для начала следует познакомиться с так называемыми стоячими волнами. Они возникают всякий раз, когда взаимодействуют (интерферируют) бегущие волны, обладающие одинаковой частотой. Это явление легко наблюдается на поверхности воды, возбуждаемой вибратором в нескольких точках. Там появляется рябь с весьма устойчивым узором, образованным областями интенсивных вертикальных движений (пучностями), отделенными друг от друга линиями спокойной воды (узлами). Совпадение частот у бегущих волн нужно как раз для того, чтобы пучности оставались на одном и том же месте. Поэтому они и называются стоячими волнами. Малейшее рассогласование частот приводит к тому, что узор теряет устойчивость.
Поскольку свет обладает волновой природой, ему также присуща интерференция. С изобретением лазеров появились надежные источники монохроматического когерентного излучения, то есть такого, когда свет описывается волной, обладающей четко определенной частотой, причем она сохраняется неизменной достаточно долгое время.
Рис.G.1 Голограмма-1. Для получения голограмм используют множество разных схем, общей чертой которых является единый луч лазера, разделенный надвое. Первая половина, называемая опорным лучом (на рисунке G.1 он обозначен буквой T), беспрепятственно освещает фотопластинку. Вторая половина, называемая предметным лучом (S), освещает объект и только после рассеяния на нем попадает на ту же фотопластинку.
Благодаря интерференции этих двух когерентных лучей, в пространстве между объектом и пластинкой возникает система стоячих электромагнитных волн. Их пучности засвечивают фотоматериал, а узлы оставляют его нетронутым. После проявки такая пластинка и становится голограммой.
Таким образом, условие когерентности необходимо только для того, чтобы за время экспозиции не смазался узор стоячих волн. Если бы экспозицию можно было сделать мгновенно, то не были бы нужны никакие лазеры. Тогда любая засвеченная фотопластинка оказывалась бы голограммой, так как мы живем посреди океана интерферирующих электромагнитных излучений. Только картина этой интерференции крайне изменчива, поэтому не удается получить ее четкий отпечаток на фотоэмульсии.
На приводимых здесь рисунках G.1 и G.2 показаны два случая.
Первый, когда опорный и предметный лучи остаются идентичными (объект голографирования отсутствует). Тогда фронты световых волн в обоих лучах остаются ненарушенными и их условно можно изобразить параллельными прямыми. При интерференции они дадут систему параллельных черно-белых полос. Как известно из классических опытов Юнга, такую систему полос порождают два точечных источника света.
Во втором случае предметный луч (S) претерпел рассеяние на объекте. Поэтому фронты световых волн в нем искажены. На голограмме возникает нерегулярный узор, не имеющий ничего общего с изображением объекта. Правда, при статистической обработке даже в этом хаосе удается выявить ряд закономерностей.
Самое интересное начинается, когда полученную голограмму вновь облучают опорным лучом (процедура “восстановления”). При этом лазерное излучение нужно только для облучения двумерных голограмм. Трехмерные, у которых толщина эмульсии превышает несколько длин волн излучения, можно облучать обычным белым светом.
Перед наблюдателем в тот же миг возникает объемное изображение объекта. Для двумерных голограмм оно черно-белое, для трехмерных - цветное! Сдвигаясь вправо-влево наблюдатель может в некоторой степени видеть обратную сторону объекта. Одного этого уже было бы достаточно для восторга. Но голограммы обладают многими другими замечательными свойствами.
Научный мир стоит на пороге грандиозного открытия: нас не существует! Вселенная - голограмма! Это означает, что нас нет!
Появляется все больше свидетельств того, что некоторые части Вселенной могут быть особенными.Одним из краеугольных камней современной астрофизики является космологический принцип. Согласно нему, наблюдатели на Земле видят то же самое, что наблюдатели из любой другой точки Вселенной, и что законы физики везде одинаковы.Множество наблюдений подтверждают эту идею. К примеру, Вселенная выглядит более-менее одинаково во всех направлениях, с примерно одинаковым распределением галактик по всем сторонам.
Но в последние годы, некоторые космологи стали сомневаться в верности этого принципа.
Они указывают на данные, полученные в ходе изучения сверхновых 1 типа, которые удаляются от нас со все увеличивающейся скоростью, что указывает не только на то, что Вселенная расширяется, но и на все большее ускорение этого расширения.
Любопытно, что ускорение не является единым для всех направлений. В некоторых направлениях Вселенная ускоряется быстрее, чем в других. Но насколько можно доверять этим данным? Возможно, что в некоторых направлениях мы наблюдаем статистическую погрешность, которая исчезнет при правильном анализе полученных данных.
Ронг-Джен Кай и Жонг-Лианг Туо из института теоретической физики при Китайской академии наук в Пекине, еще раз проверили данные полученные от 557 сверхновых из всех частей Вселенной и провели повторные расчеты. Сегодня они подтвердили наличие неоднородности. Согласно их расчетам, быстрей всего ускорение происходит в созвездии Лисички северного полушария. Эти данные согласуются с данными других исследований, согласно которым существует неоднородность в космическом микроволновом фоновом излучении.
Это может заставить космологов прийти к смелому выводу: космологический принцип ошибочен.
Возникает волнующий вопрос: почему Вселенная неоднородна и как это отразится на существующих моделях космоса?
Готовьтесь к галактическому переезду
Млечный путь
Группа исследователей из США и Канады опубликовала карту пригодных для формирования жизни зон Млечного Пути. Статья ученых принята к публикации в журнале Astrobiology, а ее препринт доступен на сайте arXiv.org.Согласно современным представлениям, пригодная для обитания зона галактики (Galactic Habitable Zone - GHZ) определяется как регион, где достаточно тяжелых элементов для формирования планет с одной стороны, и который не подвергается воздействию космических катаклизмов с другой. Главными подобными катаклизмами, по мнению ученых, являются взрывы сверхновых, которые легко могут «стерилизовать» целую планету.
В рамках исследования ученые построили компьютерную модель процессов формирования звезд, а также сверхновых типа Ia (белые карлики в двойных системах, ворующие материю у соседа) и II (взрыв звезды массой свыше 8 солнечных). В результате астрофизикам удалось обозначить регионы Млечного Пути, которые в теории пригодны для обитания.
Кроме этого ученые установили, что вокруг как минимум 1,5 процентов всех звезд в галактике (то есть примерно 4,5 миллиарда из 3×1011 звезд) в разное время могли существовать обитаемые планеты.
При этом 75 процентов этих гипотетических планет должны находится в приливном захвате, то есть постоянно «смотреть» на звезду одним боком. Возможна ли жизнь на таких планетах - предмет спора астробиологов.
Для расчета GHZ ученые использовали тот же подход, что используется при анализе обитаемых зон вокруг звезд. Такой зоной обычно называют регион вокруг звезды, в котором на поверхности каменистой планеты может существовать вода в жидком виде.
Наша Вселенная - голограмма. Существует ли реальная действительность?
Если говорить простым языком голограмма - это трехмерная фотография, сохраненные световые лучи, отражаемые от предмета в момент записи голограммы. Таким образом, вы можете видеть драгоценность, будто она лежит за стеклом, хотя на самом деле ее нет, а это лишь ее голограмма. Подобное чудо было открыто миру Дэннисом Габором в 1948 году, за что он получил Нобелевскую премию.
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...
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 моде лей в мире», - сказал Гуэдес .
Голографическое изображение сегодня находит все большее применение. Некоторые даже считают, что оно может со временем заменить известные нам средства связи. Так это или нет, но уже сейчас оно активно используется в самых разных отраслях. К примеру, всем нам знакомы голографические наклейки. Множество производителей использует их как средство защиты от подделки. На фото ниже представлены некоторые голографические наклейки. Их применение - очень эффективный способ защиты товаров или документов от подделки.
История изучения голографии
Объемное изображение, получаемое в результате преломления лучей, начало изучаться относительно недавно. Однако мы уже можем говорить о существовании истории его изучения. Деннис Габор, английский ученый, в 1948 году впервые определил, что такое голография. Это открытие было очень важным, но его большое значение в то время не было еще очевидным. Работавшие в 1950-е годы исследователи страдали от отсутствия источника света, обладающего когерентностью, - очень важным свойством для развития голографии. Первый лазер был изготовлен в 1960 году. С помощью этого прибора можно получить свет, имеющий достаточную когерентность. Юрис Упатниекс и Иммет Лейт, американские ученые, использовали его для создания первых голограмм. С их помощью получались трехмерные изображения предметов.
В последующие годы исследования продолжались. Сотни научных статей, в которых изучалось понятие о голографии, с тех пор были опубликованы, а также издано множество книг, посвященных этому методу. Однако эти труды адресованы специалистам, а не широкому читателю. В данной статье мы постараемся рассказать обо всем доступным языком.
Что такое голография
Можно предложить следующее определение: голография - это получаемая с помощью лазера объемная фотография. Однако данное определение не совсем удовлетворительно, так как есть множество иных видов трехмерной фотографии. Тем не менее в нем отражено наиболее существенное: голография - это технический метод, который позволяет "записывать" внешний вид того или иного объекта; с ее помощью получается трехмерное изображение, выглядящее так, как реальный предмет; применение лазеров сыграло решающую роль для ее развития.
Голография и ее применение
Исследование голографии позволяет прояснить многие вопросы, связанные с обычной фотографией. В качестве изобразительного искусства объемное изображение может даже бросить вызов последней, поскольку оно позволяет отражать окружающий мир более точно и правильно.
Ученые иногда выделяют эпохи в истории человечества по средствам связи, которые были известны в те или иные столетия. Можно говорить, к примеру, о существовавших в Древнем Египте иероглифах, об изобретении в 1450 году В связи с наблюдаемым в наше время техническим прогрессом новые средства связи, такие как телевидение и телефон, заняли господствующее положение. Хотя голографический принцип находится еще в младенческом состоянии, если говорить о его использовании в средствах информации, существуют основания предполагать, что основанные на нем устройства в будущем смогут заменить известные нам средства связи или хотя бы расширить область их применения.
Научно-фантастическая литература и массовая печать нередко преподносят голографию в неверном, искаженном свете. Они часто создают неправильное представление о данном методе. Объемное изображение, увиденное впервые, завораживает. Однако не меньшее впечатление производит физическое объяснение принципа его устройства.
Интерференционная картина
Способность видеть предметы основана на том, что световые волны, преломляясь ими или отражаясь от них, попадают в наш глаз. Отраженные от некоторого объекта световые волны характеризуются формой волнового фронта, соответствующей форме этого объекта. Картину темных и светлых полос (или линий) создают две группы световых когерентных волн, которые интерферируют. Так образуется объемная голография. При этом данные полосы в каждом конкретном случае составляют комбинацию, зависящую лишь от формы волновых фронтов волн, которые взаимодействуют друг с другом. Такую картину именуют интерференционной. Ее можно зафиксировать, к примеру, на фотографической пластинке, если поместить ее в место, где наблюдается
Многообразие голограмм
Способом, позволяющим записывать (регистрировать) отраженный от предмета волновой фронт, после чего восстанавливать его так, что наблюдателю кажется, что он видит реальный предмет, и является голография. Это эффект, который объясняется тем, что получаемое изображение трехмерно в такой же мере, что и реальный предмет.
Есть множество различных типов голограмм, в которых легко запутаться. Чтобы однозначно определить тот или иной вид, следует употребить четыре или даже пять прилагательных. Из всего их множества мы рассмотрим только основные классы, которые использует современная голография. Однако сначала нужно рассказать немного о таком волновом явлении, как дифракция. Именно она позволяет нам конструировать (вернее, реконструировать) волновой фронт.
Дифракция
Если какой-либо предмет оказывается на пути света, он отбрасывает тень. Свет огибает этот предмет, заходя частично в область тени. Этот эффект именуют дифракцией. Он объясняется волновой природой света, но объяснить его строго достаточно сложно.
Только в очень малом угле проникает свет в область тени, поэтому мы почти не замечаем этого. Однако если на его пути есть множество мелких препятствий, расстояния между которыми составляют только несколько длин световой волны, данный эффект становится достаточно заметным.
Если падение волнового фронта приходится на большое единичное препятствие, "выпадает" соответствующая его часть, что практически не влияет на оставшуюся область данного волнового фронта. Если же множество мелких препятствий находится на его пути, он изменяется в результате дифракции так, что распространяющийся за препятствием свет будет обладать качественно иным волновым фронтом.
Трансформация настолько сильна, что свет начинает даже распространяться в другом направлении. Выходит, что дифракция позволяет нам преобразовать исходный волновой фронт в совершенно отличный от него. Таким образом, дифракция - механизм, с помощью которого мы получаем новый волновой фронт. Устройство, формирующее его вышеописанным путем, именуется Расскажем о ней подробнее.
Дифракционная решетка
Это небольшая пластинка с нанесенными на ней тонкими прямыми параллельными штрихами (линиями). Они отстоят друг от друга на сотую или даже тысячную часть миллиметра. Что происходит, если лазерный луч на своем пути встречает решетку, которая состоит из нескольких размытых темных и ярких полос? Его часть будет прямо проходить через решетку, а часть - загибаться. Так образуются два новых пучка, которые выходят из решетки под определенным углом к исходному лучу и находятся по обе стороны от него. В случае если один лазерный пучок обладает, к примеру, плоским волновым фронтом, два образовавшихся по бокам от него новых пучка также будут иметь плоские волновые фронты. Таким образом, пропуская через дифракционную решетку лазерный луч, мы формируем два новых волновых фронта (плоских). По-видимому, дифракционную решетку можно рассматривать как самый простой пример голограммы.
Регистрация голограммы
Знакомство с основными принципами голографии следует начать с изучения двух плоских волновых фронтов. Взаимодействуя, они образуют интерференционную картину, которую регистрируют на помещенной там же, где находился экран, фотографической пластинке. Эта стадия процесса (первая) в голографии называется записью (или регистрацией) голограммы.
Восстановление изображения
Будем считать, что одна из плоских волн - А, а вторая - В. Волна А именуется опорной, а В - предметной, то есть отраженной от того предмета, изображение которого фиксируется. Она может не отличаться ничем от опорной волны. Однако при создании голограммы трехмерного реального объекта формируется значительно более сложный волновой фронт света, отраженного от предмета.
Интерференционная картина, представленная на фотографической пленке (то есть изображение дифракционной решетки), - это и есть голограмма. Ее можно поместить на пути опорного первичного пучка (пучка лазерного света, обладающего плоским волновым фронтом). В этом случае по обе стороны формируются 2 новых волновых фронта. Первый из них представляет собой точную копию волнового предметного фронта, который распространяется в том же направлении, что и волна В. Вышеописанная стадия именуется восстановлением изображения.
Голографический процесс
Которую создают две плоские после ее записи на фотопластинке представляет собой устройство, позволяющее в случае освещения одной из этих волн восстановить другую плоскую волну. Голографический процесс, таким образом, имеет следующие стадии: регистрацию и последующее "хранение" волнового предметного фронта в виде голограммы (интерференционной картины), и его восстановление спустя любое время при прохождении опорной волны через голограмму.
Предметный волновой фронт в действительности может быть любым. К примеру, он может отражаться от некоторого реального предмета, если он при этом является когерентным опорной волне. Образованная двумя любыми волновыми фронтами, обладающими когерентностью, интерференционная картина - это и есть устройство, позволяющее благодаря дифракции преобразовать один из данных фронтов в другой. Именно здесь и спрятан ключ к такому явлению, как голография. Деннис Габор первым обнаружил это свойство.
Наблюдение формируемого голограммой изображения
В наше время для чтения голограмм начинает использоваться особое устройство - голографический проектор. Он позволяет преобразовать картинку из двух- в трехмерную. Однако для того чтобы просматривать простые голограммы, голографический проектор вовсе не требуется. Вкратце расскажем о том, как рассматривать такие изображения.
Чтобы наблюдать формируемое простейшей голограммой изображение, нужно поместить ее примерно на расстоянии 1 метра от глаза. Сквозь дифракционную решетку нужно смотреть в том направлении, в котором плоские волны (восстановленные) выходят из нее. Так как именно плоские волны попадают в глаз наблюдателя, голографическое изображение также является плоским. Оно предстает перед нами будто "глухая стена", которую равномерно освещает свет, имеющий тот же цвет, что и соответствующее Так как специфических признаков эта "стена" лишена, невозможно определить, насколько далеко она находится. Кажется, будто смотришь на расположенную в бесконечности протяженную стену, но при этом видишь лишь ее часть, которую удается разглядеть сквозь небольшое "окно", то есть голограмму. Следовательно, голограмма - это равномерно светящаяся поверхность, на которой мы не замечаем ничего достойного внимания.
Дифракционная решетка (голограмма) позволяет нам наблюдать несколько простейших эффектов. Их можно продемонстрировать и с использованием голограмм иного типа. Проходя сквозь дифракционную решетку, пучок света расщепляется, формируются два новых пучка. С помощью пучков лазерного излучения можно освещать любую дифракционную решетку. При этом излучение должно отличаться цветом от использованного при ее записи. Угол изгиба пучка цвета зависит от того, какой цвет он имеет. Если он красный (самый длинноволновой), то такой пучок изгибается под большим углом, нежели пучок синего цвета, который имеет наименьшую длину волны.
Сквозь дифракционную решетку можно пропустить смесь всех цветов, то есть белый. В этом случае каждая цветовая компонента этой голограммы искривляется под своим собственным углом. На выходе формируется спектр, аналогичный создаваемому призмой.
Размещение штрихов дифракционной решетки
Штрихи дифракционной решетки следует делать очень близкими друг к другу, чтобы было заметно искривление лучей. К примеру, для искривления красного луча на 20° нужно, чтобы расстояние между штрихами не превышало 0,002 мм. Если их разместить более тесно, луч света начинает изгибаться еще сильнее. Для "записи" данной решетки нужна фотопластинка, которая способна регистрировать настолько тонкие детали. Кроме того, необходимо, чтобы пластинка в процессе экспозиции, а также при регистрации оставалась совершенно неподвижной.
Картина может значительно смазаться даже при малейшем движении, причем настолько, что будет вовсе неразличимой. В этом случае мы увидим не интерференционную картину, а просто стеклянную пластинку, по всей своей поверхности однородно черную или серую. Конечно, в этом случае не будут воспроизводиться эффекты дифракции, формируемые дифракционной решеткой.
Пропускающие и отражательные голограммы
Рассмотренная нами дифракционная решетка именуется пропускающей, поскольку она действует в свете, проходящем сквозь нее. Если же нанести линии решетки не на прозрачную пластинку, а на поверхность зеркала, мы получим дифракционную решетку отражательную. Она отражает под разными углами свет различных цветов. Соответственно, есть два больших класса голограмм - отражательные и пропускающие. Первые наблюдаются в отраженном свете, а вторые - в проходящем.