Что же представляет собой картина окружающего нас мира, которую мы видим? Является ли она голограммой?
Рассмотрим свойства световой волны.
Из книги «Волшебное зеркало» В.С. Фролова:
(Стр. 11) «Согласно принципу Гюйгенса каждая точка пространства, до которой дошла световая волна, сама становиться источником вторичных световых волн. Результирующая поверхность, огибающая эти вторичные «линии-волны», представляет собой поверхность волнового фронта.
Дифракцию - проявление волновой природы света, как огибание препятствий, мы замечаем только тогда, когда размеры этого «ставшего поперёк луча» предмета сравнимы с длиной световой волны, а она очень мала: меньше одной тысячной миллиметра. Естественно, и препятствие должно быть очень маленьким.
Интерференция – это явление, которое наблюдается в результате сложения двух волн.
Вот эти три фундаментальных положения оптики – волновая природа света, дифракция и интерференция – и лежат в основе голографии».
(Стр. 15) «Итак, Лондон, 1947 год. Габор пытается сделать моментальный снимок световой волны, воссоздать испускаемый предметом волновой фронт. Оторвавшись от предмета, световая волна начинает собственную жизнь. Она уже никак больше не связана с ним, не принадлежит ему, подобно облачку дыма, оторвавшемуся от костра. Значит, именно в световой волне, и только в ней и заключена вся информация о предмете. Поймав волну, мы узнаем о предмете абсолютно всё.
Казалось бы, изобретение фотографии решило проблему со световой волной. Но возьмём в руки любую фотографию. Она безстрастно зафиксировала всю информацию о заснятом предмете. Но всю ли?»
Нет не всю. Нет объёмности.
«Почему же фотография не даёт нам информации об объёмности окружающего мира?
Ещё раз вспомним, что свет – это волна, и как любая волна характеризуется двумя главнейшими величинами: амплитудой и фазой. А фотография даёт нам информацию только об амплитуде излученной предметом световой волны и ничего не говорит о её фазе. Значит, фотография не даёт ровно 50% информации о заснятом предмете.
Чувствительный слой плёнки (фотоэмульсия) реагирует только на интенсивность падающего на него света, то есть на амплитуду световой волны. Действительно, те части предмета, которые были сильнее освещены при съёмке, те и вышли ярче на фотоснимке, те, что слабее – менее ярко. Амплитуду световой волны, посланной каждой точкой предмета, фотоплёнка уловила. А вот фазу этой же световой волны она не чувствует, не реагирует на неё. Но именно фаза световой волны и даёт нам информацию об объёмности предмета! А раз её нет, снимок получается нежизненным, плоским.
Казалось, выход есть: дополнить фотоаппарат специальной приставкой (как говорят инженеры – детектором), реагирующей на фазу».
Но как это осуществить?
«Вспомним, что зеброподобный интерференционный рисунок порождён сложением двух световых волн. Чёрные полосы получились там, где волны пришли в противофазе, то есть со сдвигом фаз в 180 градусов, а светлые полосы – там, где волны действовали в такт, согласованно, без сдвига фаз. Остальные участки – сероватые места интерференционной картины – соответствуют промежуточным случаем, когда сдвиг Фаз между волнами есть, но меньше или больше 180 градусов. Таким образом, интерференционная картина содержит в себе информацию о фазе световой волны. Правда о фазе результирующей суммарной волны. Получающейся в результате интерференции».
Имеем голограмму. Как же возникла голограмма?
(Стр. 18) «Габор взял маленький полупрозрачный кубик и осветил его ярким светом ртутной лампы. По тем временам это был наилучший источник световых волн с постоянной длиной волны. Грани кубика засверкали – он сам засветился. Разумеется не своим светом, а отражая свет ртутной лампы.
На пути световых волн, отражаемых кубиком, и световых волн, испускаемых ртутной лампой, Габор поставил высокочувствительную пластинку. Она стала играть роль экрана (в опыте Юнга экраном служил чистый лист бумаги)».
Получается, что не обязательно нужна светочувствительная пластина, можно получить изображение и на экране из бумаги. Но на светочувствительной пластине мы зафиксируем изображение, а на бумаге оно исчезнет, как только мы выключим ртутную лампу. Можно ли создать голограмму без экрана, в пространстве?
«Волна от лампы (В1) стала складываться с волной от кубика (В2). В результате такого сложения или интерференции родилась новая суммарная волна: В3=В1+В2.
Заснятую на фотопластинке интерференционную картину Габор назвал голограммой. Понять, что на ней изображено, было нельзя. Казалось, что пластину просто засветил неряшливый фотолюбитель. И тем не менее на пластинке был запечатлён полный портрет световой волны: ведь фотоэмульсия прореагировала как на амплитуду, так и на фазу суммарной волны.
Как же теперь «выплавить» из неё … изначальную световую волну?
Если искомую световую волну обозначить через В2, то В2= В3-В1.
Таким образом, чтобы знать, чему равна В2, надо знать величины В3 и В1. Величина В3 нам известна: она «законсервирована» в фотоэмульсии. А вот величина В1?
И здесь Габора выручило то, что свет ртутной лампы (волна В1) обладает замечательным свойством. Эта лампа не только ярко светит, но и изучает свет, обладающий постоянной длиной волны и другими стабильными характеристиками, которые в оптике давно изучены. Можно утверждать: величина В1 тоже известна.
Но как вычесть из одной волны другую? … Ведь вычесть-то надо не на бумаге! И Габор предложил простой и оригинальный метод. Он заменил вычитание сложением. Ведь вычесть волну В1 – это то же самое, что прибавить волну –В1. Знак «минус» означает: волна идёт в обратном направлении.
Он поставил справа от голограммы ту же самую ртутную лампу, что использовал раньше. Только теперь свет от неё шёл не слева направо, наоборот – справа налево. Эта волна натолкнулась на чёрно-белое сито голограммы. В результате дифракции слева за голограммой возникли те же самые волны, которые её породили, то есть волны В1 и В2. Но волна В1 в точности равна волне (-В1) и направлена ей навстречу. Значит эти волны уничтожаются, погашая друг друга, остаётся только волна В2. Но это и есть «размороженная» волна от куба! Глаз, заглянувший в голограмму как в окошко, увидит плавающий в воздухе кубик!
В первый момент Габор был поражён: он ясно различал тени на гранях, даже маленькие выщерблинки. Изображение было настолько, что его хотелось потрогать проверить на ощупь.
Габор протянул руку, и она захватила … пустоту. Как он мог забыть! Ведь это же было всего лишь фантомное, мнимое изображение предмета. За голограммой находился не предмет, а реконструированная световая волна предмета. Но человеческий глаз не ощущал подмены!»
То есть голограмма – это образная информация?
Каким же свойством обладает голограмма?
(Стр. 49) «Информация об амплитуде и фазе каждой точки видимой поверхности объекта запоминается в виде соответствующих записей в каждой точке поверхности голограммы. Главной отличительной чертой этого процесса является то, что хотя информация о каждой точке объекта хранится на всей поверхности голограммы, это всё же допускает восстановление изображения исходного объекта».