Голограми перестали бути лише науковою фантастикою
Голограми дедалі частіше з'являються довкола нас. Давно померлий репер Тупак Шакур з'явився у 2012 році на музичному фестивалі Coachella. HoloLens від Microsoft намагається повторити голодок із «Зоряного шляху», дозволивши користувачеві взаємодіяти з 3D-об'єктами в доповненій реальності. Стартапи на кшталт Holoxica можуть створювати тривимірні голограми людських органів із метою медичної візуалізації.
У той час, як деякі з цих світлових шоу вже не є простими світловими трюками, вони поки не дотягують до голограм на кшталт тих, що ми бачили у фільмах на кшталт «Зоряних війн». Технології справжніх голограм поки що залишаються у галузі наукової фантастики. І ось на початку цього року вчені презентували інновації, які можуть просунути цю технологію на пару світлових років уперед.
Голографія — широка сфера науки і техніки, але в її основі лежить фотографічний принцип, який записує світло, розсіяне від об'єкта. Потім це світло відтворюється у 3D-форматі. Голографію вперше розробив у 1940-х роках угорсько-британський фізик Денніс Гарбор, який отримав Нобелівську премію 1971 року з фізики за свій винахід та розробку голографічного методу.
Більшість голограм представлені статичними зображеннями, але вчені працюють над динамічнішими системами для відтворення величезної кількості інформації, що міститься в 3D-зображенні.
Різниця у дифузії
Візьмемо роботу, виконану вченими Корейського інституту науки та технологій (KAIST).
Наша здатність виробляти динамічні голограми високої роздільної здатності — згадайте принцесу Лею, яка благає Обі-Ван Кенобі допомогти джедаям — нині обмежена модуляторами хвильового фронту. Ці пристрої, просторові модулятори світла або цифровімікродзеркальні пристрої можуть контролювати напрямок поширення світла.
Це можна покращити за рахунок створення комплексної та громіздкої системи з використанням кількох просторових модуляторів світла, наприклад. Але команда з KAIST дійшла більш простого рішення.
«Цю проблему можна вирішити просто підключивши дифузор», пояснює Йонг Кейн Парк, професор відділення фізики в KAIST. Оскільки дифузор розсіює світло, розмір зображення та кут огляду можна збільшити у кілька тисяч разів. Але є проблема. Дифузор змащує світло.
"Щоб використовувати дифузор як "голографічну лінзу, потрібно ретельно відкалібрувати оптичні характеристики кожного дифузора", говорить Парк. «Для цього ми використовуємо «метод шейпінгу хвильового фронту», який надає інформацію про відносини між світлом, що входить в дифузор, і що виходить з нього».
Команді Парку вдалося створити покращене тривимірне голографічне зображення з кутом огляду 35 градусів об'ємом 2 х 2 х 2 сантиметри.
"Поліпшення масштабу, дозволу та кутів огляду за допомогою нашого методу легко масштабується", зазначає він. «Оскільки його можна застосувати до будь-якого існуючого модулятора хвильового фронту, він може суттєво покращити якість зображення навіть найкращого модулятора, який вийде на ринок».
Оптика нової доби
У той же час фізики з Австралійського національного університету представили пристрій, що складається з мільйонів крихітних кремнієвих стовпців, кожен у 500 разів тонший за людське волосся. Цей прозорий матеріал здатний складні маніпуляції зі світлом, пишуть вони.
«Наша здатність структурувати матеріали на нанорівні дозволяє досягти нових оптичних властивостей, що виходять за межі властивостей природних матеріалів»,каже Сергій Крук, керівник дослідження. «Голограми, які ми зробили, демонструють значний потенціал цієї технології для використання у різних додатках».
Вчені кажуть, що їх надихали фільми на кшталт «Зоряних війн». "Ми працюємо з тими ж фізичними принципами, які колись надихали письменників-фантастів", каже Крук. І додає, що цей новий матеріал якось може замінити незграбні та важкі лінзи та призми, які використовуються в інших застосуваннях.
А тепер зовсім про інше
До речі, про освоєння космосу: чи може Всесвіт бути голограмою? Що це означає для псевдоголограми Тупака Шакура? А для решти живих тривимірних істот?
Фізики-теоретики вважають, що спостерігали докази на підтримку щодо нової теорії в космології, яка стверджує, що відомий Всесвіт є проекцією двовимірної реальності. Вперше висунута у 1990-х роках гіпотеза у своїй основі містить ідею, схожу на звичайну голограму, коли тривимірне зображення закодоване у двовимірній поверхні.
Вчені використовували дані, отримані з інструментів, що вивчають космічний мікрохвильовий фон (CMB). CMB – це посвячення Великого Вибуху, якому 14 мільярдів років. Ви можете побачити CMB у вигляді білого шуму на не налаштованому телевізорі.
Дослідження показало, що кілька простих теорій квантового поля можуть пояснити практично всі космологічні спостереження раннього Всесвіту. І також ця робота може призвести до появи робочої теорії квантової гравітації, злиття квантової механіки з теорією ейнштейнівської гравітації.