Во множестве фильмов мы встречаем различные голограммы: так, многие помнят голограмму Леи из 4-ого эпизода «Звездных воин». Однако в реальности до последнего времени это было фантастикой: ученые разработали множество концепций, от подсветки лазером пара до быстрой смены кадров на вращающемся прозрачном стекле, но, увы, все эти способы не давали четкой и яркой объемной картинки.

Подписаться на iGuides в Telegram, чтобы узнать обо всем первым — t.me/iguides

Впервые голограммы, которые являются трехмерными изображениями объектов, смог получить в 1947 году венгерский физик Денеш Габор. Его идея была проста: в определенной области пространства складывают (интерферируют) две волны с очень близкими частотами: одна из них идет от источника, другая — непосредственно от объекта записи. И если в эту область поместить фотопластинку, то на ней возникнет сложная картина полос потемнения (которая называется интерференционной картиной). И если теперь эту пластинку осветить волной, идущей от источника, то мы увидим с той или иной точностью отраженный свет, который схож с тем, который отражался бы от объекта записи — то есть мы увидим голограмму. Однако такая голограмма не была бы похожа на то, что мы видим в научной фантастике — она была бы видна в ограниченном диапазоне углов, ее нельзя было бы покрутить и рассмотреть со всех сторон. 

В последнее время появилось несколько способов изготовления объемных дисплеев (устройств, позволяющих получить настоящие 3D-голограммы), где эти проблемы были частично решены. В них свет рассеивается не на фотопластинке, а непосредственно на точках, формирующих изображение — то есть на частичках вещества, парящих в воздухе. Всего было разработано три подобного рода дисплеев, однако все они имеют свои недостатки: индуцированные плазменные дисплеи не умеют выдавать цветную картинку, а модифицированные воздушные дисплеи и дисплеи с акустической левитацией не могут обеспечить точность передачи картинки, схожую с обычной голограммой.

Однако группе ученых под руководством Даниела Смолли из Университета Бригама Янга удалось решить эти проблемы и создать цветной объемный дисплей, способный создавать изображения с разрешающей способностью порядка десятков микрометров. Благодаря этой новой технологии «вы действительно можете добиться того, чего все надеются достичь — создать образ принцессы Леи из сцены в «Звездных войнах», — говорит Кертис Бродбент, физик из Университета Рочестера в Нью-Йорке.


Принцип действия нового дисплея достаточно прост: ученые взяли целлюлозную непрозрачную частицу диаметром в несколько микрометров и заключили ее в оптическую ловушку — область пространства, где движением частицы можно управлять с помощью лазера. В данном эксперименте использовался лазер с длиной волны в 405 нм (фиолетовый цвет), что позволяло передвигать ее со скоростью до 18 м/с и ускорением до 58 м/с² — этого вполне хватало, чтобы наблюдатель из-за инерции зрения видел не одну перемещающуюся точку, а цельный объект (полная аналогия с фризлайтингом, только здесь скорость перемещения точки существенно выше, что позволяет увидеть цельную картинку без использования выдержки). В каждой точке пути частицу освещают тремя лазерами — красным, зеленым и синим, что позволяет окрасить ее в любой нужный цвет. Итоговый механизм выглядит так:

С помощью этой установки удалось проиграть трехмерную видеозапись с частотой порядка 13 000 кадров в секунду, а каждый кадр состоял из 16 000 цветных точек, что делало мерцание изображения абсолютно незаметным для глаз. Увеличив выдержку до минуты, ученым удалось создать сложные изображения — размер голограмм был сопоставим с почтовой маркой, а число цветов составляло 16 миллионов (24-битный цвет):



Однако ученые не намерены останавливаться на достигнутом: «Увеличение голограммы, даже до размеров монитора, было бы довольно сложным», — говорит Бродбент. Исследователям пришлось бы улучшить свой прототип, чтобы делать снимки с использованием большого числа частиц. Смолли говорит, что он уже представляет себе систему, которая манипулирует сотнями или даже тысячами частиц одновременно. С этими улучшениями «лишь небо становится пределом», говорит он.

У свободно плавающих изображений большое будущее: хирурги могут практиковать операции на них, прежде чем проводить их на живых пациентах. Эту же технологию можно использовать для улучшения спортивных результатов: люди могут записывать себя, выполняя различные упражнения, и потом просматривать их на трехмерных экранах. С помощью таких голограмм диспетчерам будет проще следить за самолетами в воздухе, а ученым — за спутниками в космосе. 

По словам Бродбента, возможности таких систем для рекламных, образовательных и развлекательных целей бесконечны. Мир в будущем может стать наполненным плавающими голограммами, подобными тем, которые представлены в фильме «Мир юрского периода», где посетители музея посещают холл с голограммой динозавра. Люди в будущем смогут легко примерять на себя одежду, как Тони Старк в фильме «Железный человек» примеряет на себя голограмму костюма. И, в отличие от систем виртуальной реальности, эти новые лазерные голограммы можно наблюдать невооруженным глазом: не требуется никаких шлемов или очков, вы все увидите собственными глазами.