Dabar jau turbūt pradėjote suvedinėti galus, bet mes padėsime. 1977 metų „Žvaigždžių karų“ filme pirmą kartą žmonės pamatė hologramą, kai Luke‘as Skywalkeris netyčia paleido mažylio roboto R2D2 atmintyje įrašytą Alderaano planetos princesės Lėjos pagalbos šauksmą. „Star Trek“ filmų visatoje hologramos naudojamos tiek komunikacijai, tiek pramogoms, o šių filmų pagrindinis herojus erdvėlaivio „Enterprise“ kapitonas – Jean-Lucas Picardas.
Ko gero, taip pat esate girdėję, kaip 2012-aisiais festivalio „Coachella“ klausytojus nustebino scenoje pasirodęs ir kelis „gabalus“, kartu su Snoop Dogg ir Dr.Dre sudainavęs žymusis reperis Tupacas Shakuras. Publika kelias akimirkas buvo „apšalusi“, kol suprato, kad tai tik kokybiškai atkurta judanti dainininko holograma. Tuo tarpu 2008 metais JAV televizija CNN ištransliavo keletą reportažų, kuriuose studijoje pasirodė kelių reporterių hologramos. Tiesa, tiek Tupacas Shakuras, tiek CNN reporteriai nebuvo hologramos, tai tiesiog buvo vizualiniai triukai, imituojantys hologramas. Tikrų trimačių judančių hologramų mokslininkams ir inžinieriams iki šiol dar nepavyko sukurti.
Visgi hologramą beveik kiekvienas mūsų turi piniginėje – beveik ant visų mokėjimo kortelių, asmens tapatybės kortelių, vairuotojo pažymėjimų rasime blizgius lipdukus. Pasukę juos kampu, pamatysime ten slypinčius paveikslėlius. Beje, visi iš anksto balsavę prezidento rinkimuose, gavo balsavimo kvitą, ant kurio užklijuota nedidelė holograma. Tad kas gi yra ta holografija, kuri sieja visus šiuos skirtingus dalykus?
Kaip veikia holografija?
Terminas „holografija“ yra sudarytas iš dviejų graikiškų žodžių: „hólos“ (visas, pilnas) ir „grafē“ (rašyti, piešti). Paprastai tariant, holografija – tai tobulesnė fotografijos forma. Tai technologija, leidžianti specialioje plokštelėje užfiksuoti trimatį objekto vaizdą – hologramą. Žvelgdami į ant lipduko atspaustą holograminį vaizdą įvairiais kampais, atrodo, tarsi matytume tikrą objektą, kurį galime apžiūrėti iš kelių pusių.
Norėdami suprasti, kaip veikia holografija, pirmiausiai turime prisiminti, kad šviesa – tai elektromagnetinės bangos, kurios turi daug panašumo su įprastomis bangomis, kurias matome vandenyje.
Paprastame fotografiniame vaizde yra užfiksuoti tik nuo objekto atsispindėjusių šviesos bangų keterų aukštis, kitaip tariant – jų amplitudė arba šviesos intensyvumas. Todėl žiūrint į fotografiją, žmogaus akys ir smegenys suformuoja tik dvimatį vaizdą. Tuo tarpu hologramoje yra užfiksuotas ne tik nuo objekto atsispindėjusios šviesos intensyvumas, bet ir jos fazė – bangų keterų ir įdubų dermė. Deja, įprasta saulės ar lemputės šviesa – tai lyg audringa jūra, kur persipina skirtingų dažnių, aukščių, ilgių bangos, be to, dar ir besiverčiančios viena per kitą, t.y. turinčios skirtingas fazes.
Tokia šviesa pilnai tinka fotografijai, kur yra fiksuojamas į fotografinę juostelę ar šviesai jautrų elementą atsitrenkiančių šviesos bangų aukštis. Tačiau įprasta šviesa visiškai nepraverčia, darant hologramą. Holografijai reikia šviesos, kuri būtų tarsi pagal vienodą ritmą subanguota jūra. Tokios šviesos šaltinis – tai lazeris, spinduliuojantis suderintas (koherentines) bangas, kurių ilgis, dažnis ir fazė sutampa.
Darant hologramą, lazerio šviesos pluoštas specialia plokštele padalinamas į dvi dalis. Viena dalis apšviečia objektą ir, atsispindėjusi nuo jo, krenta ant specialios fotografinės plokštelės. Kita dalis lazerio spindulių keliauja tiesiai į minėtą plokštelę. Ties jos paviršiumi susiduria abiejų spindulių pluoštus sudarančios šviesos bangos – įvyksta jų interferencija. Tai reiškia, kad kai kuriose vietose bangos viena kitą pastiprina, o kitose vietose – panaikina. Fotografinėje plokštelėje yra įrašomas šis interferencinis vaizdas, kuriame apstu tamsesnių ir šviesesnių taškelių bei juostelių.
Žvelgiant į tokį vaizdą įprastoje šviesoje – jame matosi tik chaotiškas mirgesys, tačiau apšvietus jį tokia pačia lazerio šviesa, pasirodo trimatis objekto vaizdas. Kiekvienas hologramos taškas turi informaciją apie visą objektą, tad net ir atplėšus nuo jos nedidelį gabalėlį, jame matosi visas objekto atvaizdas, tiesa, dėl to suprastėja jo raiška.
Išradėjas, aplenkęs laiką
Pats D. Gaboras ypač daug dėmesio skyrė, kuo jo išradimai gali prisidėti prie žmonijos gerovės ateityje. Savo kalbose jis visada pabrėždavo, kad mokslininkai ir išradėjai privalo nuolatos galvoti, kaip savo atradimais jie padės kurti geresnę ateitį. 1968-aisiais D. Gaboras prisidėjo buriant žymųjį Romos klubą, kuris suvienijo šviesiausius pasaulio mokslininkus ir intelektualus, apsiėmusius spręsti aplinkosaugos problemas, skatinti darnų ekonomikos ir aplinkos vystymąsi.
Holografijos atradimas, kaip ir daugelis kitų, nebuvo užmanytas – dirbdamas BTH, D. Gaboras ieškojo būdų, kaip patobulinti elektronų mikroskopo skiriamąją gebą, kad juo galima būtų pamatyti atskirus atomus kristalo gardelėje. Deja, tuo metu dar nebuvo atrastas monochromatinės ir koherentinės šviesos šaltinis – lazeris, kuris yra būtinas optinėms hologramoms daryti. Tad D. Gaboras hologramas kūrė naudodamas elektronų pluoštus. Nepaisant to, mokslininkas tiksliai aprašė technologinį procesą ir jį lemiančius fizikinius dėsnius, kurie tiko ir optinėms hologramoms daryti.
1960-aisiais buvo sukurtas pirmasis lazeris ir po dar po dviejų metų du Mičigano universiteto mokslininkai Emmettas Leithas ir Juris Upatnieks, skaitydami D. Gaboro straipsnį apie holografiją, susidomėjo šia technika ir pabandė ją pakartoti, naudodami lazerį. Jiems pavyko sukurti optinę hologramą, o Rusijos mokslininkas Jurijus Denisiukas dar patobulino pačią technologiją, kad hologramas galima būtų matyti ir įprastoje šviesoje. 1968 metais amerikietis mokslininkas Stephenas Bentonas surado būdą, kaip pagaminti hologramas, kurios, apšvietus jas įprasta balta šviesa, mainydavosi visomis vaivorykštės spalvomis. Taip pat šis išradėjas sugalvojo, kaip hologramas atspausti plastike – ši technologija atvėrė duris masiniam hologramų naudojimui. Beje, šiandien holografija tapo prieinama bet kam – internete už kelis šimtus litų galite įsigyti specialių holografijos rinkinių ir pasidaryti nuosavas hologramas.
Mūsų dienų hologramos
Ateities vizijose, kurias pateikia fantastinių filmų režisieriai ir mokslinės fantastikos rašytojai, hologramos yra erdvinės, o žmonės ir objektai jose juda. Deja, kol kas realybė nepasivijo šių vizijų. Dabartinės hologramos vis dar yra statiškos ir dažniausiai jas sutiksime lipdukų forma, saugančias įvairius dokumentus: mokėjimo korteles, stambias pinigų kupiūras, pasus ir t.t. Šiais tikslais naudojamos hologramos yra ypač sudėtingos ir jas pagaminti naudojami specialūs lazeriai bei kitos įprastai neprieinamos priemonės – vėliau tokios hologramos tiesiog padauginamos ant lipdukų, kurie savo ruožtu klijuojami ant įvairių dokumentų.
Kita plati hologramų panaudojimo sritis – menas. Jau nuo pat pirmųjų žingsnių 1962-aisiais menininkai pastebėjo hologramų potencialą – trimatis vaizdas, kintantis, žiūrint į jį skirtingais kampais pažadino menininkų vaizduotę. Žymusis siurrealistas Salvadoras Dali buvo tarp pirmųjų menininkų, pristačiusių hologramas kaip meno kūrinius. Visgi jį aplenkė kai kurie mokslininkai, pamatę hologramų potencialą mene – nemaža dalis kūrėjų, dirbusių su hologramomis buvo per pusę mokslininkai ir menininkai.
Štai, pavyzdžiui, fizikas Lloydas Crossas įkūrė San Francisko holografijos mokyklą bei ieškojo būdų, kaip sukurti judančias erdvines hologramas – kitaip tariant, sukurti holografinę televiziją ir kiną. Deja, net ir šiandien pamatę judantį trimatį objekto vaizdą ore, galime būti tikri, kad tai greičiausiai specialus triukas, kuriuo bandoma imituoti tikrą hologramą.
Visgi mokslininkai nenuleidžia rankų ir šiandien mažiausiai keletas grupių dirba, bandydamos sukurti erdvines hologramas, kurios leistų realiu laiku perduoti trimačius ir judančius vaizdus. Tam reikia medžiagos, galinčios tarnauti kaip fotografinė plokštelė, kurioje įrašytas šviesos bangų interferencinis vaizdas gali būti ištrinamas ir vėl perrašomas. Jei šis procesas galės vykti pakankamai greitai, apšvietus tokią plokštelę lazerio šviesa, matysis besikeičiantis trimatis vaizdas – erdvinė holograma.
Arizonos universiteto mokslininkų grupė, vadovaujama Nassero Peyghambariano šiuo metu kuria tokią holografinę sistemą, kurioje fotografinės plokštelės vaidmenį atlieka polimerinė medžiaga. Taip pat link panašių atradimų juda ir keletas privačių kompanijų. Pavyzdžiui, telekomunikacijoms skirtą holografinę sistemą kurianti lenkų bendrovė „Leia“, pristačiusi pirmąjį prototipą, kuriame trimatė holograma atvaizduojama vandens garų debesyje. Pažiūrėsime, kaip greitai trimatės hologramos taps kitu „Skype“ evoliucijos laipteliu. Erdvinė holografija šiuo metu pradėjo veržtis ir į chirurgijos sritį. Praėjusiais metais kompanijos „Philips“ ir „RealView Imaging Ltd.“ pristatė erdvinę holografinę sistemą, leidžiančią kardiochirurgams matyti trimatį širdies vaizdą, jį pasukti, paversti ar pasižymėti tam tikras vietas. Ir tam nereikia atverti krūtinės ląstos – pakanka kelių įpjovimų ploniems lazeriniams zondams įvesti.
D. Gaboro atradimas taip pat atveria naujas perspektyvas duomenų saugojimui – ši technologija informaciją leidžia įrašyti ne tik laikmenos paviršiuje, (kaip įprastuose DVD ar „Blu-ray“ diskuose), bet ir jos tūryje. Tai reiškia, kad holografinės duomenų laikmenos bus talpesnės, patvaresnės ir greitesnės. Šiuolaikinės aukštųjų technologijų laboratorijos kas mėnesį pristato vis daugiau naujų medžiagų, tinkamų holografijai. Štai tarkime, praeitų metų rudenį Australijos mokslininkai sukūrė pirmą iš ypač plonos ir tvirtos medžiagos – grafeno – pagamintą optinį diską, talpinantį keliasdešimt kartų daugiau duomenų nei „Blu-ray“ laikmenos.
Hologramų panaudojimo būdų yra ir daugiau, ypač mokslinių tyrimų srityse – biosensorikoje, mikroskopijoje, interferometrijoje. Panašiai, kaip holografijos principą atradęs D.Gaboras, taip ir dabartiniai mokslininkai iki šiol dar nėra supratę pilno šios technologijos potencialo.
