Hologramy przestały być tylko fantastyką naukową

Hologramy coraz częściej pojawiają się wokół nas. Dawno zmarły raper Tupac Shakur pojawił się w 2012 roku na festiwalu muzycznym Coachella. HoloLens od Microsoft голодек ze "star treka", pozwalając użytkownikowi na interakcję z grafiką 3D w rozszerzonej rzeczywistości. W firmach jak Holoxica mogą tworzyć trójwymiarowe hologramy ludzkich organów w celu obrazowania medycznego.

Podczas gdy niektóre z tych pokazów świetlnych już nie są proste świetlnych sztuczek, oni jeszcze nie są do hologramów w rodzaju tych, które widzieliśmy w filmach w stylu "Gwiezdnych wojen". Technologii prawdziwych hologramy na razie pozostają w sferze science fiction. I oto na początku tego roku naukowcy zaprezentowali innowacje, które mogą wspomagać tę technologię na kilka lat świetlnych do przodu.

W badaniu opublikowanym w Nature Photonics, grupa naukowców z Korei opracowała 3D-holograficzny wyświetlacz, który, ich zdaniem, działa w 2600 razy lepiej, niż jakiekolwiek istniejące podobnych technologii. Tymczasem naukowcy z Australii przedstawił w czasopiśmie Optica miniaturowe urządzenie, które tworzy najwyższej jakości holograficzne obrazy na dzień dzisiejszy. Prace zostały opublikowane z przerwą w trzy dni w zeszłym miesiącu.

Holografia — szeroka dziedzina nauki i techniki, ale w jej podstaw leży fotograficzny zasada, która rejestruje światło, stwardnienie od obiektu. Następnie światło jest odtwarzany w formacie 3D. Голографию po raz pierwszy opracowany w 1940 roku венгеро-brytyjski fizyk Dennis Гарбор, który otrzymał nagrodę nobla w 1971 roku w dziedzinie fizyki za swój wynalazek i opracowanie metody holograficzne.

Większość hologramy podane są statyczne obrazy, ale naukowcy pracują nad bardziej dynamicznymi systemami do tworzenia ogromnej ilości informacji zawartej w obrazie 3D.

Różnica w dyfuzji

Weźmy pracę wykonaną przez naukowców z Koreańskiego instytutu nauki i technologii (KAIST).

Nasza zdolność do wytwarzania dynamiczne hologramem wysokiej rozdzielczości — przypomnijcie sobie księżniczkę, умоляющую Obi-Wan Kenobi pomóc jedi — obecnie ograniczona модуляторами wavefront. Urządzenia te, przestrzenne modulatory światła lub cyfrowe микрозеркальные urządzenia, mogą kontrolować kierunek rozchodzenia się światła.

System obrazowania z krótką ogniskową może utworzyć tylko mały obraz z szerokim zakresem odtwarzania. I odwrotnie, system z dużą ogniskową może wygenerować powiększony obraz z bardzo wąskim zakresie. Najlepsza z technologii modulatora wavefront udało się stworzyć obraz o wymiarach w jednym centymetrze z kątem widzenia w trzy stopnie.

Można To poprawić poprzez stworzenie kompleksowego i uciążliwego systemu za pomocą wielu przestrzennych modulatorów światła, na przykład. Ale drużyna z KAIST przyszła do prostszych decyzji.

"Ten problem można rozwiązać, podłączając dyfuzor", wyjaśnia Yong Kane Park, profesor wydziału fizyki w KAIST. Ponieważ dyfuzor rozprasza światło, rozmiar obrazu i kąt widzenia można zwiększyć do kilku tysięcy razy. Ale jest problem. Dyfuzor smaruje światło.

"Aby korzystać z dyfuzorem jak "holograficzne soczewkę, trzeba dokładnie skalibrować parametry optyczne każdego dyfuzora", mówi Park. "Stosujemy "metodę kształtowania wavefront", który zawiera informacje o relacjach między należących do dyfuzor światła i wychodzącymi z niego".

Zespół Parku udało się stworzyć lepsze trójwymiarowy holograficzny obraz o kącie widzenia 35 stopni w ilości 2 x 2 x 2 cm.

"Poprawa skali, rozdzielczości i kątów widzenia za pomocą naszej metody jest łatwo skalowane", zauważa. "Ponieważ można go zastosować do dowolnego istniejącego модулятору wavefront, może znacznie poprawić jakość obrazu nawet najlepszego modulatora, który ukaże się na rynku".

Pierwszą rzeczą, technologia ta może znaleźć zastosowanie (kiedy będzie zakończona) w ekranach projekcyjnych dla samochodu lub holograficzne projekcje interfejsu smartfona, mówi Park. "Hologramy przyniosą nam nowe doświadczenia z urządzeniami elektronicznymi, i można je będzie zrealizować z mniejszą ilością pikseli niż trójwymiarowy holograficzny wyświetlacz".

Optyka nowa era

W tym samym czasie z fizyki z Australijskiego uniwersytetu narodowego przedstawili urządzenie, składające się z milionów maleńkich krzemowych kolumn, każdy w 500 razy cieńsze od ludzkiego włosa. Ten przezroczysty materiał zdolny do skomplikowanych manipulacji ze światłem, piszą oni.

"Nasz zdolność uporządkować materiały na наноуровне pozwala dotrzeć do nowych optycznych właściwości, które wykraczają poza właściwości naturalnych materiałów", mówi Erwin Kruk, współprzewodniczącą badania. "Hologramy, które zrobiliśmy, wykazują znaczny potencjał tej technologii do wykorzystania w różnych aplikacjach.

Naukowcy mówią, że ich inspirowały filmy w stylu "Gwiezdnych wojen". "Pracujemy z tymi samymi zasadami fizycznymi, które kiedyś inspirowały pisarzy science fiction", mówi Kruk. I dodaje, że ten nowy materiał pewnego dnia może zastąpić niewygodne i ciężkie soczewki i pryzmaty, które są używane w innych zastosowaniach.

"Z naszym materiałem możemy stworzyć elementy z tej samej funkcjonalności, ale łatwiej i mniej. Otwiera to zupełnie nowe zastosowania, począwszy od zmniejszenia kamer w zwykłychsmartfony i kończąc na zmniejszenie wagi i wielkości złożonych systemów optycznych w satelitach kosmicznych".

A teraz zupełnie o czymś innym

Nawiasem mówiąc, o eksploracji kosmosu: czy Wszechświat być hologramem? Co to oznacza dla псевдоголограммы Tupaca Шакура? A dla pozostałych żywych trójwymiarowych istot?

Fizycy-teoretycy uważają, że stosunkowo nowej teorii w kosmologii, która twierdzi, że znany Wszechświat jest projekcją dwuwymiarowej rzeczywistości. Po raz pierwszy rozszerzony w 1990 roku hipoteza w swojej bazie zawiera ideę podobną do zwykłego hologram, gdy trójwymiarowy obraz zakodowane w dwuwymiarowej powierzchni.

Zwolennicy tej teorii twierdzą, że może ona pogodzić dwie wielkie teorie w kosmologii. Ogólna teoria względności Einsteina wyjaśnia prawie wszystko, co dzieje się na skalę Wszechświata. Fizyka kwantowa doskonale opisuje drobne rzeczy: atomowych i subatomowych cząstek. Praca na temat holograficzny Wszechświat został opublikowany w czasopiśmie Physical Review Letters.

Naukowcy wykorzystali dane pochodzące z narzędzi, osób uczących się kosmiczny kuchenka mikrofalowa tła (CMB). CMB — to poświaty Wielkiego Wybuchu, który 14 miliardów lat. Można zobaczyć CMB w postaci białego szumu na nie ustawionym ekranie telewizora.

Badania wykazały, że kilka prostych teorii pola kwantowego mogą wyjaśnić niemal wszystkie космологические obserwacji wczesnym Wszechświecie. I również ta praca może doprowadzić do powstania roboczej teorii kwantowej grawitacji, połączenia mechaniki kwantowej z эйнштейновской teorią grawitacji.

"Klucz do zrozumienia grawitacji kwantowej leży w zrozumieniu teorii pola w jednym dolnym wymiarze", mówi główny autor Ниаеш Афшорди, profesor fizyki i astronomii na Uniwersytecie w Waterloo. "Holografia jak rosetta stone, tłumaczenia znanych teorii pól kwantowych bez grawitacji na nieznane terytorium najniższej kwantowej grawitacji".

Trudno. Ale już nie science fiction.