Sono trascorsi più di 100 anni da quando furono formulate per la prima volta le basi teoriche dell'olografia e ancora associamo gli ologrammi principalmente agli adesivi sui dischi o al concerto postumo di Tupac Shakur. Tuttavia, negli ultimi anni, il tema dell'olografia ha iniziato a svilupparsi attivamente. Oggi vi parleremo di misteriose immagini olografiche.
Nel 1920, lo scienziato polacco Mieczyslaw Wolfke nel suo lavoro "Sulla possibilità di imaging ottico delle griglie molecolari" (Über die Möglichkeit der optische Abbildung von Molekulargittern) avanzò e confermò sperimentalmente l'idea di un metodo olografico per ottenere immagini. A quel tempo, tuttavia, non esisteva una tecnologia che consentisse di utilizzare in pratica la scoperta del polacco. Abbiamo dovuto aspettare fino agli anni '60 del secolo scorso.
Gli ologrammi divennero ampiamente conosciuti nel 1977 grazie al film Star Wars, in cui fungevano da vettori di informazioni e mezzi di comunicazione. In questo modo, una teoria scientifica molto complessa è entrata nella cultura pop, catturando l'immaginazione di milioni di persone in tutto il mondo. Siamo vicini oggi alla visione del tema dell'olografia di George Lucas?
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Cos'è l'olografia?
“Aiutami, Obi-Wan Kenobi! Sei la mia unica speranza!" Questo testo, noto a tutti i fan di Star Wars, è pronunciato da una proiezione tridimensionale della principessa Leia, è diventata per molti spettatori la prima idea di cosa siano l'olografia e l'imaging olografico.
Oggi, quando teniamo tra le mani un disco con i dischi della nostra band preferita, vediamo un adesivo colorato su di esso, luccicante con diversi colori dell'arcobaleno. Questa è una conferma olografica dell'autenticità e della legalità del disco. Quindi, anche questo è un ologramma, ma come viene creato e a cosa serve? Cercherò di rispondere a queste domande nel modo più accessibile possibile. Tuttavia, ovviamente, non sarà un compito facile e semplice, principalmente a causa della necessità di definire e spiegare alcuni concetti fisici, anche se la maggior parte di essi dovrebbe esserti familiare dalle tue lezioni di fisica. Ciò è necessario perché l'effetto finale è il risultato dell'uso pratico di risultati provenienti da vari campi della tecnologia. Pertanto, un fraintendimento dei fondamenti teorici può portare a un fraintendimento dell'intero problema. Tuttavia, non intendo appesantire questo articolo con teorie supportate dalle equazioni di Maxwell. Potrebbe, ma perché? Non aggiungerebbe nulla di nuovo e renderebbe sicuramente più difficile la comprensione. Cercherò di spiegare in modo accessibile i principi di registrazione e riproduzione di immagini olografiche, utilizzando disegni chiari e definizioni di concetti fisici di base nel campo dell'ottica e del moto ondoso. E parlerò anche dell'applicazione pratica dell'olografia, inclusa la registrazione olografica delle informazioni nelle tecnologie informatiche.
Cominciamo con una definizione che ci semplificherà un po' le cose. L'olografia, come la fotografia, nota all'umanità dal 19° secolo, è un modo per ottenere immagini. Entrambi questi termini derivano dalla lingua greca, tuttavia, se la parola fotografia deriva dalle parole “foto” e “graphe”, che significano “luce” e “immagine”, allora la prima parte della parola olografia deriva da “holos ”, che in greco significa “tutto”.
Pertanto, l'olografia è "disegnare il tutto". Cosa significa? In una fotografia standard, possiamo preservare solo un'immagine bidimensionale di ciò che vediamo in un mondo tridimensionale. L'idea alla base dell'olografia è quella di registrare informazioni sull'intero oggetto, non solo su un lato di esso. In modo che sia possibile, utilizzando le informazioni registrate, riprodurre l'immagine dell'intero oggetto.
Ma come preservare l'aspetto di un oggetto tridimensionale? Per questo viene utilizzato il fenomeno dell'interferenza della luce. La luce visibile, che fa parte dello spettro elettromagnetico, è essa stessa composta da due componenti: un campo elettrico e un campo magnetico. Ma soprattutto, la luce è un'onda, non solo un flusso di fotoni, quindi la sovrapposizione di più onde può creare nuove onde con nuove caratteristiche. Quindi, utilizzando il fenomeno della diffrazione, l'immagine delle onde sovrapposte può essere riprodotta in modo che rifletta le caratteristiche registrate.
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Registrazione e visualizzazione dell'ologramma
Grazie alla natura ondulatoria della luce, è possibile registrare l'aspetto di un oggetto in tre dimensioni su una normale pellicola fotografica. Con l'aiuto di un laser adatto, di cui un raggio è puntato su una lastra traslucida ed è diretto sia sull'oggetto da riprendere che direttamente sulla pellicola, si crea un pattern di onde sovrapposte. Un'immagine del genere è una sovrapposizione di un gran numero di interferenze di singole componenti spettrali della luce, e se volessimo ottenere una "foto" da un film del genere, i nostri occhi non vedrebbero un oggetto illuminato da un laser, ma un melange di linee di interferenza, che di per sé non ci dicono nulla sull'oggetto fotografato.
Ecco come appare in pratica:
Solo la corretta esposizione della pellicola, che in quel momento è un reticolo di diffrazione, con l'ausilio di un raggio laser focalizzato consente di invertire l'intero processo e ottenere un'immagine tridimensionale dell'oggetto.
L'imaging olografico XNUMXD, sebbene simile, è diverso dalla tecnica stereoscopica, che consiste nel fotografare un oggetto da due primi piani e quindi posizionare le lastre in un dispositivo chiamato stereoscopio. Ad esempio, popolare Occhiali VR lavorare in questo modo, creando due immagini leggermente sfalsate. Negli ologrammi, questo spostamento è fissato su un supporto sotto forma di interferenza d'onda.
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Ologramma e "ologramma"
Il problema con la tecnologia sopra descritta è che richiede una luce laser precisa e condizioni vicine al laboratorio per ottenere risultati soddisfacenti. E sebbene l'idea originale degli ologrammi abbia trovato applicazione pratica, ad esempio, nella registrazione di dati su supporti standard HVD con una capacità teorica di diversi TB, tuttavia, non sono diventati un supporto popolare per uso domestico.
Le soluzioni pratiche mostrano che il complesso processo di ottenimento di un'immagine olografica perde semplicemente rispetto ad altre tecnologie che ottengono lo stesso effetto, ma utilizzando altre tecniche. E sebbene da un punto di vista scientifico tali immagini non dovrebbero essere chiamate ologrammi, è consuetudine chiamare tutti questi pseudo-ologrammi semplicemente "ologramma".
In pratica, tuttavia, né l'immagine del concerto di Tupac né l'immagine della regina Elisabetta II nella sua carrozza di 260 anni sono veri e propri ologrammi da un punto di vista scientifico.
Un ologramma non è ciò che vediamo negli occhiali HoloLens o sul parabrezza di un'auto con "display olografico". Molto spesso, questa è un'immagine tridimensionale creata con l'aiuto di diversi raggi di luce separati (e non uno, come nel caso dell'ologramma originale) che cadono da lati diversi su un supporto, che può essere un vetro trasparente, una cortina d'acqua , o vapore acqueo "fluttuante" su tale "visualizzazione olografica".
Non ho grandi obiezioni all'uso del termine "ologramma" in relazione a queste tecniche, e il motivo principale è che l'effetto ottenuto in questo modo molto spesso corrisponde alle principali proprietà dell'olografia, ovvero la memorizzazione e la riproduzione di più informazioni (in questo caso si tratta di vedere l'oggetto da diverse angolazioni) sull'oggetto.
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I sistemi basati su proiettori, che visualizzano immagini su vari materiali trasparenti, funzionano in modo leggermente diverso. La luce diretta da diverse angolazioni contiene informazioni sull'immagine vista dall'altro lato. I raggi si incontreranno sulla superficie del vetro, dell'acqua o, come nel caso della dimenticata invenzione polacca Leia Display, di una cortina di vapore, creando l'impressione di un'immagine tridimensionale che appare a mezz'aria (il massimo vantaggio di un vero ologramma).
Un altro esempio sono gli schermi 2020D di Looking. Chi proietta un'immagine non su una superficie bidimensionale, ma la crea all'interno di un corpo tridimensionale, ad esempio il vetro. L'azienda, in particolare, lavora da anni alla soluzione Looking Glass Factory e nel XNUMX abbiamo potuto ammirare i primi seri risultati di questo lavoro.
Possiamo anche citare il circo tedesco Roncalli, che si rifiutava di eseguire atti con animali, anche se in Germania, tra l'altro, a differenza di molti paesi europei, i circhi con animali non sono vietati. Ora elefanti, cavalli e pesci compaiono nell'arena sotto forma di ologrammi.
Il sistema, che consente agli spettatori di vedere gli ologrammi, è costato più di mezzo milione di euro.
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Le persone non si rendono conto di vivere in un ologramma?
Naturalmente, non era senza persone che supportano le idee di una cospirazione mondiale. Credono che tu ed io viviamo in un grande ologramma da molto tempo, che il mondo intorno a noi sia un ologramma, una Matrix. Provo a spiegare tutto ora.
Quando è apparso il film "The Matrix", tutti sono rimasti molto sorpresi dall'idea della sceneggiatura, nata dai fratelli Wachowski. Tuttavia, l'idea alla base della storia di Matrix è presente anche nelle filosofie orientali. Alcuni fisici quantistici hanno da tempo riconosciuto che ciò che la scienza descrive nel linguaggio della matematica è noto da secoli sotto forma di messaggi religiosi. Cioè, se crediamo a questa teoria, allora viviamo in un grande ologramma.
Affermano che l'umanità è diventata così preoccupata da non essere in grado di notare alcune cose. Osserviamo il mondo e partecipiamo alla sua creazione, molto spesso senza renderci conto della possibilità di influenzare ciò che ci accade. I fisici stanno cercando prove dell'esistenza di un campo di Higgs pieno di bosoni caratteristici chiamato particella divina, ma consideriamo le informazioni su tali ricerche in isolamento dalle implicazioni che la scoperta di un tale meccanismo avrebbe.
Potrebbe risultare che confermare l'esistenza dei bosoni di Higgs ci costringerà a porci domande importanti sulla natura del mondo e su come è stato creato. Improvvisamente, può risultare che i concetti di Matrix non sono così fantastici, e in realtà viviamo tutti in un grande ologramma, e noi stessi siamo ologrammi.
Tali conclusioni possono essere tratte dalle informazioni ottenute grazie allo sviluppo della fisica quantistica. Sappiamo per certo che la regola di base che determina cosa accadrà è la probabilità. Sappiamo anche che alcuni esperimenti fisici sono semplicemente impossibili perché il fatto stesso di osservarne gli effetti determina ciò che accade in essi. Einstein, rendendosi conto delle conseguenze di tale pensiero, disse che il mondo non può dipendere da un Dio che gioca a dadi.
E se in realtà stessimo vivendo in un grande ologramma e le nostre interazioni con esso, le espressioni delle nostre aspettative e paure interagiscono con esso, facendoci sperimentare cose diverse? Ci sono alcuni metodi per influenzare ciò che ci accade, che sono chiamati positivi. Chiunque li abbia provati sa che funziona, e soprattutto perché sappiamo che dovrebbe funzionare. Lo stesso con vari trattamenti alternativi. Si basano sulla nostra capacità di controllare l'ologramma eliminando i pensieri negativi, cioè attraverso la fede.
La scienza sta cercando una risposta alla domanda sul perché c'è massa, se la materia è composta da particelle che in realtà sono vuote. Tuttavia, per noi umani, sembra ancora che il mondo intorno a noi sia molto reale, e non sospettiamo nemmeno che se avessimo compreso le nostre capacità, tutti potrebbero essere come Neo della detta "Matrice", o Buddha che potrebbe muoversi brucia con la forza del tuo pensiero.
In parole semplici, siamo già in Matrix e siamo tutti ologrammi da cui nulla dipende. Voglio solo sorridere a queste idee sul nostro mondo.
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Ognuno avrà il proprio ologramma?
Ma torneremo comunque alla realtà. Il futuro è sicuramente nel rendering 3D. Tuttavia, è certo che ci sarà ancora molta strada da fare prima che veri e propri ologrammi appaiano per le strade, come nel film "Blade Runner". Fino ad allora, avremo molti "ologrammi di simulazione" e dimostrazioni di tecnologie che inganneranno sempre più i nostri sensi e creeranno l'impressione che stiamo guardando veri oggetti tridimensionali.
Così Google impostare gli sviluppatori esattamente un tale obiettivo. È noto che stanno lavorando all'interessante Project Starline, ovvero una cabina "olografica" per le conversazioni. Hanno già mostrato alcuni risultati del loro lavoro.
I dipendenti di Google, utilizzando una serie di fotocamere e sensori, hanno creato accurati modelli 3D di persone che parlano tra loro, dando l'impressione di trovarsi nello stesso posto. Attualmente questa soluzione è stata testata negli uffici dell'azienda.
Alcuni scienziati ritengono che siamo già a un passo dall'apparizione della tecnologia dell'ologramma nei mezzi di comunicazione quotidiana tra le persone. Per questo, sarà necessario costruire un'altra infrastruttura per le comunicazioni di prossima generazione: una rete in fibra ottica che colleghi i continenti e un'infrastruttura di comunicazione wireless 6G di sesta generazione. Molte aziende tecnologiche sono già impegnate in tali attività. Forse tra qualche anno gli ologrammi diventeranno parte della vita di tutti i giorni, ma spero che non sostituiranno la vera comunicazione tra le persone.
Alcuni scienziati sottolineano anche che gli ologrammi possono già essere utilizzati, poiché esistono già le tecnologie appropriate, ma in questa fase è così costoso che non è del tutto redditizio. La situazione è molto simile a come si è sviluppato Internet. All'inizio, quasi nessuno credeva in lui, e ora è impossibile immaginare il presente senza la sua esistenza.
Quindi ci sono molti segni che in pochi anni saremo in grado di avere i nostri ologrammi per visitare i nostri amici comodamente da casa. Tuttavia, va tenuto presente che le previsioni degli scienziati sulle tecnologie necessarie non sempre si avverano.
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