Гиперболоиды и гиперболы

Именно это и имели в виду ученые. По изменению разности частот они могут очень точно измерять медленные вращения. Если кольцевой ОКГ поместить на корабль, то всякий поворот корабля приведет к появлению разности частот двух световых волн, бегущих внутри ОКГ. Так ОКГ позволяет измерить скорость поворота корабля. Объединив такой оптический измеритель с точными часами, отмечающими время поворота, можно автоматически определить угол, на который повернул корабль, а это и делает компас.

Кто не слышал о «термояде»! Получение управляемых термоядерных реакций обещает навсегда избавить человечество от энергетического голода, поможет решить такие грандиозные задачи, как управление погодой и даже климатом. Впрочем, об этом написано множество книг. Естественно, что с появлением ОКГ ученые сразу задумались над применением его для разогрева плазмы. Точные измерения Прохорова, Мандельштама и их сотрудников показали, что пока с помощью ОКГ удается достичь разогрева плазмы лишь до температуры полмиллиона градусов. Но, надо сказать, что еще не все резервы пущены в ход. И хотя до вожделенных двадцати миллионов градусов предстоит нелегкий путь, ученые, несомненно, пройдут его с честью, и мы еще услышим об их победе. Эта область использования лазеров очень важная. Но мне, честно говоря, не терпится перейти к одной вещи, которая меня просто поразила. Впрочем, она поражает и видавших виды физиков. Я говорю о голографии.

Появление ОКГ позволило в полной мере реализовать возможность замечательного изобретения Д. Габора, которое он назвал голографией. Голограмма в буквальном переводе означает «подлинная запись», что чрезвычайно точно определяет суть изобретения. Голограмма сохраняет несравненно большую информацию о фотографируемом объекте, чем обычная фотография, даже чем ее стереоскопический вариант. При помощи голограммы можно видеть объемное изображение предметов. Более того, если взгляд переходит от близких предметов, зафиксированных на голограмме, к удаленным, приходится менять аккомодацию глаз точно так же, как при рассмотрении самой натуры. Но и этого мало. Перемещая глаза перед голограммой, можно осматривать предметы под различными углами и таким образом видеть удаленные предметы, скрытые за впереди лежащими!

Несмотря на то, что изобретению Габора скоро исполнится 20 лет, оно до последнего времени не имело широкого применения. Причиной тому — отсутствие достаточно ярких источников света, и не просто ярких, но таких, в которых молекулы излучают свет не вразброд, а все сразу. Появление ОКГ привело ко второму рождению голографии.

Принципы голографии настолько просты, что при наличии ОКГ и подходящих фотографических пластинок она доступна каждому.

Простейший фотографический аппарат, иначе говоря, камера Обскура, — это просто темный ящик, в одной стенке которого проделано очень маленькое отверстие, а на противоположной (с внутренней стороны) укреплена фотопластинка. Световые лучи, рассеянные фотографируемым предметом и проходящие через отверстие, образуют изображение, фиксируемое на фотопластинке. Этот нехитрый процесс обеспечивается прямолинейностью распространения света. Если закрыть отверстие и проделать рядом второе, то соответственно передвинется и изображение на фотопластинке.

Открыв сразу оба отверстия, мы получим на фотопластинке наложение двух одинаковых, но смещенных изображений. Ясно, что, увеличивая количество отверстий и их величину, мы будем получать все более яркое изображение.

Голография не нуждается в объективе. Она основана на том, что вся информация о внешнем виде объекта содержится уже в рассеиваемых им световых волнах. Метод голографии состоит в том, чтобы зафиксировать особенности световых волн, рассеиваемых объектом, без непосредственного формирования изображения и без его фотографирования. Идея голографии заключена в возможности последующего восстановления зафиксированных однажды световых волн, в том, чтобы затем получать при их помощи изображение объекта.

Хотя все это очень просто — мы так привыкли к обычной фотографии, — что методы и результаты голографии представляются нам совершенно фантастическими. В самом деле, что может быть проще! ОКГ освещает два плоских зеркала, стоящих рядом и наклоненных одно к другому под небольшим углом. Каждое из зеркал отбрасывает свет ОКГ на экран. В той части экрана, на которой оба пучка света перекрываются, мы видим узкие чередующиеся темные и белые полосы, идущие параллельно одна другой. Они возникают в результате интерференции, сложения лучей. Поместив вместо экрана фотопластинку, мы зафиксируем эти полосы.

Зеркала могут быть и отдалены одно от другого. Достаточно лишь, чтобы они были наклонены так, чтобы отбрасываемые пучки света ОКГ перекрывались на фотопластинке.

Если вместо одного из зеркал поставить какой-нибудь предмет, то свет, рассеиваемый им, частично попадает на фотопластинку и будет интерферировать на ней со светом, отброшенным оставшимся зеркалом.

Распределение темных и светлых участков, фиксируемое фотопластинкой, и есть голограмма. Это, конечно, не фотография, на ней нет знакомого предмета. Но... минуту терпения. Поставив проявленную пластинку на прежнее место и убрав фотографировавшийся предмет, осветим пластинку при помощи ОКГ и оставшегося зеркала. Взглянув на освещенную так фотопластинку со стороны, противоположной зеркалу, мы с удивлением увидим сквозь нее предмет, будто он по-прежнему стоит на своем месте. Мы увидим его объемным. Рассматривая его, желая разглядеть близкие и удаленные части предмета, мы должны будем по-разному фокусировать глаза. Перемещая голову, мы увидим предмет в различной перспективе точно так, как если бы мы смотрели через окно, подходя к нему из глубины комнаты. Голограмма преобразует волны света ОКГ в точное подобие тех световых волн, которые рассеивал голографируемый объект. И, воспринимая этот преобразованный свет, мы уже не можем отличить, исходит ли он от голограммы или от самого объекта. Это уже не подобие жизни, какой мы ее воспринимаем на обычной фотографии, а как бы сама жизнь!

Результат кажется еще более поразительным, если мы рассмотрим голограмму при свете обычной лампы или при дневном свете. На ней действительно нет ничего, напоминающего фотографировавшийся предмет. Чудо предстанет перед нами во всем объеме, если мы, случайно разбив голограмму, поставим на старое место небольшой обломок и снова включим ОКГ. Взглянув на уцелевший кусок голограммы, мы опять увидим отсутствующий предмет целиком! Не кусок предмета, как на разорванной фотографии, а весь целиком. Впечатление такое, будто мы смотрим сквозь отверстие в ставне, закрывающей окно. Если «отверстие» — осколок — очень мало, то для того, чтобы осмотреть весь предмет, придется перемещать глаза перед отверстием.

Этот пример демонстрирует основное отличие голограммы от фотографии. В фотографии каждый участок изображения соответствует вполне определенному участку объекта. Напротив, каждый участок голограммы содержит информацию обо всех окружающих объектах, отбрасывавших рассеянный свет на голограмму. Совокупное действие всех частей голограммы лишь увеличивает яркость и четкость изображений. Представьте себе будущее голографии! Можно будет голографировать целые книги, и по куску голографии можно будет прочесть весь текст!

Голография открывает такие перспективы, что просто не знаешь, о чем говорить в первую очередь. Ну, во-первых, применив при получении голограммы и затем при восстановлении изображения три отдельных ОКГ, дающих, например, излучение красного, зеленого и синего цвета, можно получать цветное объемное изображение. И после того, как производство ОКГ будет достаточно освоено и их цена понизится, можно ожидать очередной революции в телевидении и кино. Ведь фиксируя на кинопленке не плоское изображение предметов и сцен, а голограммы, можно восстанавливать изображение в кинотеатре или, передавая голограмму по радио, восстанавливать ее в телевизионных приемниках, оборудованных ОКГ. При этом восстановленное изображение будет цветным и не только объемным, как в стереокино, но сохранит все особенности голографической реконструкции. Перемещение глаз зрителя будет вызывать изменение перспективы, а контрастность изображения не будет портиться из-за ослабления радиосигнала.

Голография открывает новые перспективы и в исследовательской работе. Оказывается, восстановление голограммы возможно и при помощи волн, длина которых отлична от той, при которой получена голограмма.

Поэтому можно, например, зафиксировать голограмму при помощи рентгеновских лучей, для которых не существует линз, а потом восстанавливать изображение в видимом свете. Более того, голограмму можно получить в электронном микроскопе, потом рассматривать изображение глазом.

Первые успехи голографии, полученные при помощи обычных источников света, бледнеют перед тем, что уже теперь получается благодаря применению ОКГ. Трудно даже представить себе, что может быть достигнуто в будущем.