Mehr als 100 Jahre sind vergangen, seit die theoretischen Grundlagen der Holographie erstmals formuliert wurden, und wir assoziieren Hologramme immer noch hauptsächlich mit Aufklebern auf Schallplatten oder dem posthumen Konzert von Tupac Shakur. In den letzten Jahren hat sich jedoch das Thema Holographie aktiv entwickelt. Heute erzählen wir Ihnen alles über mysteriöse holografische Bilder.
1920 hat der polnische Wissenschaftler Mieczyslaw Wolfke in seiner Arbeit „Über die Möglichkeit der optischen Abbildung von Molekulargittern“ die Idee einer holographischen Methode zur Bildgewinnung vorgebracht und experimentell bestätigt. Damals gab es jedoch noch keine Technologie, die es ermöglichte, die Entdeckung des Polen in der Praxis zu nutzen. Darauf mussten wir bis in die 60er Jahre des letzten Jahrhunderts warten.
Weite Bekanntheit erlangten Hologramme 1977 durch den Film Star Wars, in dem sie als Informationsträger und Kommunikationsmittel fungierten. Auf diese Weise trat eine sehr komplexe wissenschaftliche Theorie in die Popkultur ein und fesselte die Fantasie von Millionen von Menschen auf der ganzen Welt. Sind wir heute der Vision des Themas Holographie von George Lucas nahe?
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Was ist Holographie?
„Hilf mir, Obi-Wan Kenobi! Du bist meine einzige Hoffnung!" Dieser allen Star Wars-Fans bekannte Text wird von einer dreidimensionalen Projektion der Prinzessin gesprochen Leia, wurde für viele Betrachter zur ersten Vorstellung davon, was Holographie und holographische Bildgebung sind.
Wenn wir heute eine Schallplatte mit den Platten unserer Lieblingsband in unseren Händen halten, sehen wir darauf einen bunten Aufkleber, der in verschiedenen Regenbogenfarben schimmert. Dies ist eine holografische Bestätigung der Echtheit und Legalität der Disc. Das ist also auch ein Hologramm, aber wie wird es erstellt und wofür wird es verwendet? Ich werde versuchen, diese Fragen so zugänglich wie möglich zu beantworten. Es wird jedoch offensichtlich keine leichte und einfache Aufgabe sein, hauptsächlich wegen der Notwendigkeit, einige physikalische Konzepte zu definieren und zu erklären, obwohl Ihnen die meisten von ihnen aus Ihrem Physikunterricht vertraut sein sollten. Dies ist notwendig, da die endgültige Wirkung das Ergebnis der praktischen Anwendung von Errungenschaften aus verschiedenen Technologiebereichen ist. Daher kann ein Missverständnis der theoretischen Grundlagen zu einem Missverständnis des gesamten Problems führen. Ich beabsichtige jedoch nicht, diesen Artikel mit Theorien zu belasten, die durch Maxwells Gleichungen gestützt werden. Es könnte, aber warum? Es würde nichts Neues hinzufügen und sicherlich das Verständnis erschweren. Ich werde versuchen, die Prinzipien der Aufzeichnung und Wiedergabe holografischer Bilder auf verständliche Weise zu erklären, indem ich klare Zeichnungen und Definitionen grundlegender physikalischer Konzepte auf dem Gebiet der Optik und Wellenbewegung verwende. Und ich werde auch über die praktische Anwendung der Holographie sprechen, einschließlich der holographischen Aufzeichnung von Informationen in Computertechnologien.
Beginnen wir mit einer Definition, die uns die Sache ein wenig erleichtert. Die Holographie ist wie die Fotografie, die der Menschheit seit dem 19. Jahrhundert bekannt ist, eine Möglichkeit, Bilder zu gewinnen. Beide Begriffe stammen aus dem Griechischen, aber wenn das Wort Fotografie von den Wörtern „Photo“ und „Graphe“ kommt, was „Licht“ und „Bild“ bedeutet, dann kommt der erste Teil des Wortes Holographie von „Holos“. “, was auf Griechisch „ganz“ bedeutet.
Daher ist Holographie "das Ganze zeichnen". Was bedeutet das? In einem Standardfoto können wir nur ein zweidimensionales Bild dessen bewahren, was wir in einer dreidimensionalen Welt sehen. Die Idee hinter der Holographie ist es, Informationen über das gesamte Objekt aufzuzeichnen, nicht nur über eine Seite davon. Damit ist es möglich, anhand der aufgezeichneten Informationen das Bild des gesamten Objekts zu reproduzieren.
Aber wie bewahrt man das Erscheinungsbild eines dreidimensionalen Objekts? Dazu wird das Phänomen der Lichtinterferenz genutzt. Sichtbares Licht, das Teil des elektromagnetischen Spektrums ist, besteht selbst aus zwei Komponenten - einem elektrischen Feld und einem magnetischen Feld. Aber am wichtigsten ist, dass Licht eine Welle ist, nicht nur ein Strom von Photonen, sodass durch Überlagerung mehrerer Wellen neue Wellen mit neuen Eigenschaften entstehen können. Dann kann unter Verwendung des Beugungsphänomens das Bild der überlagerten Wellen reproduziert werden, so dass es die aufgezeichneten Eigenschaften widerspiegelt.
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Hologrammaufzeichnung und -anzeige
Dank der Wellennatur des Lichts ist es möglich, das Erscheinungsbild eines Objekts dreidimensional auf einem Standard-Fotofilm aufzuzeichnen. Mit Hilfe eines geeigneten Lasers, von dem ein Strahl auf eine lichtdurchlässige Platte gerichtet ist und sowohl auf das abzubildende Objekt als auch direkt auf die Folie gerichtet ist, wird ein Muster aus sich überlagernden Wellen erzeugt. Ein solches Bild ist eine Überlagerung einer Vielzahl von Interferenzen einzelner Spektralanteile des Lichts, und wenn wir von einem solchen Film ein „Foto“ bekommen wollten, würden unsere Augen kein von einem Laser beleuchtetes Objekt sehen, sondern eine Melange davon Interferenzlinien, die für sich genommen nichts über das fotografierte Objekt aussagen.
So sieht es in der Praxis aus:
Nur die korrekte Belichtung des Films, der in diesem Moment ein Beugungsgitter ist, mit Hilfe eines fokussierten Laserstrahls ermöglicht es Ihnen, den gesamten Prozess umzukehren und ein dreidimensionales Bild des Objekts zu erhalten.
Die holografische XNUMXD-Bildgebung ist zwar ähnlich, unterscheidet sich jedoch von der stereoskopischen Technik, bei der ein Objekt aus zwei Nahaufnahmen fotografiert und die Platten dann in ein Gerät namens Stereoskop gelegt werden. Beliebt zum Beispiel VR-Brille Arbeiten Sie auf diese Weise und erstellen Sie zwei leicht versetzte Bilder. In Hologrammen wird diese Verschiebung in Form von Welleninterferenz auf einem Medium fixiert.
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Hologramm und "Hologramm"
Das Problem bei der oben beschriebenen Technologie besteht darin, dass sie präzises Laserlicht und nahezu Laborbedingungen erfordert, um zufriedenstellende Ergebnisse zu erzielen. Und obwohl die ursprüngliche Idee von Hologrammen praktische Anwendung fand, beispielsweise bei der Aufzeichnung von Daten auf HVD-Standardmedien mit einer theoretischen Kapazität von mehreren TB, wurden sie jedoch nicht zu einem beliebten Medium für den Heimgebrauch.
Praktische Lösungen zeigen, dass der komplexe Prozess zum Erhalten eines holografischen Bildes einfach gegenüber anderen Technologien verliert, die den gleichen Effekt erzielen, aber andere Techniken verwenden. Und obwohl aus wissenschaftlicher Sicht solche Bilder nicht als Hologramme bezeichnet werden sollten, ist es üblich, alle diese Pseudo-Hologramme einfach "Hologramm" zu nennen.
In der Praxis sind jedoch aus wissenschaftlicher Sicht weder das Tupac-Konzertbild noch das Bild von Queen Elizabeth II. in ihrer 260 Jahre alten Kutsche echte Hologramme.
Ein Hologramm ist nicht das, was wir in einer HoloLens-Brille oder auf der Windschutzscheibe eines Autos mit „holografischer Anzeige“ sehen. Meistens ist dies ein dreidimensionales Bild, das mit Hilfe mehrerer separater (und nicht eines, wie im Fall des ursprünglichen Hologramms) Lichtstrahlen erstellt wird, die von verschiedenen Seiten auf ein Medium fallen, das transparentes Glas oder ein Wasservorhang sein kann , oder "schwebender" Wasserdampf über einer solchen "holographischen Anzeige".
Ich habe keine großen Einwände gegen die Verwendung des Begriffs "Hologramm" in Bezug auf diese Techniken, und der Hauptgrund ist, dass die so erzielte Wirkung sehr oft den Haupteigenschaften der Holographie entspricht, nämlich der Speicherung und Wiedergabe von mehr Informationen (in diesem Fall geht es darum, das Objekt aus verschiedenen Blickwinkeln zu betrachten) über das Objekt.
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Die heutigen "Hologramme"
Etwas anders funktionieren Systeme auf Basis von Projektoren, die Bilder auf verschiedenen transparenten Materialien darstellen. Aus verschiedenen Winkeln gerichtetes Licht enthält Informationen über das von der anderen Seite gesehene Bild. Die Strahlen treffen auf die Oberfläche von Glas, Wasser oder, wie im Fall der vergessenen polnischen Erfindung Leia Display, einem Dampfvorhang, wodurch der Eindruck eines dreidimensionalen Bildes entsteht, das in der Luft erscheint (der ultimative Vorteil eines echten Hologramm).
Ein weiteres Beispiel sind die 2020D-Bildschirme von Looking. Diejenigen, die ein Bild nicht auf eine zweidimensionale Fläche projizieren, sondern es innerhalb eines dreidimensionalen Körpers, beispielsweise Glas, erzeugen. Insbesondere das Unternehmen arbeitet seit Jahren an der Lösung Looking Glass Factory, und wir konnten XNUMX die ersten ernsthaften Ergebnisse dieser Arbeit bewundern.
Erwähnenswert ist auch der deutsche Zirkus Roncalli, der sich weigerte, Darbietungen mit Tieren aufzuführen, obwohl in Deutschland übrigens anders als in vielen europäischen Ländern Zirkusse mit Tieren nicht verboten sind. Jetzt erscheinen Elefanten, Pferde und Fische in Form von Hologrammen in der Arena.
Mehr als eine halbe Million Euro hat das System gekostet, mit dem Zuschauer Hologramme sehen können.
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Erkennen die Menschen nicht, dass sie in einem Hologramm leben?
Natürlich ging es nicht ohne Menschen, die die Ideen einer Weltverschwörung unterstützen. Sie glauben, dass Sie und ich seit langem in einem großen Hologramm leben, dass die Welt um uns herum ein Hologramm, eine Matrix ist. Ich versuche jetzt alles zu erklären.
Als der Film „Matrix“ erschien, waren alle sehr überrascht von der Idee des Drehbuchs, die von den Wachowski-Brüdern stammte. Die Idee, die der Geschichte der Matrix zugrunde liegt, ist jedoch auch in östlichen Philosophien vorhanden. Einige Quantenphysiker haben längst erkannt, dass das, was die Wissenschaft in der Sprache der Mathematik beschreibt, seit Jahrhunderten in Form religiöser Botschaften bekannt ist. Das heißt, wenn wir dieser Theorie glauben, dann leben wir in einem großen Hologramm.
Sie behaupten, dass die Menschheit so beschäftigt ist, dass sie einige Dinge nicht mehr wahrnehmen kann. Wir beobachten die Welt und beteiligen uns an ihrer Entstehung, sehr oft ohne die Möglichkeit zu erkennen, Einfluss darauf zu nehmen, was mit uns geschieht. Physiker suchen nach Beweisen für die Existenz eines Higgs-Feldes voller charakteristischer Bosonen, die als Gottesteilchen bezeichnet werden, aber wir betrachten Informationen über solche Suchen isoliert von den Implikationen, die die Entdeckung eines solchen Mechanismus hätte.
Es könnte sich herausstellen, dass die Bestätigung der Existenz von Higgs-Bosonen uns dazu zwingen wird, uns wichtige Fragen über die Natur der Welt und ihre Entstehung zu stellen. Plötzlich kann sich herausstellen, dass die Konzepte der Matrix nicht so fantastisch sind und wir alle tatsächlich in einem großen Hologramm leben und selbst Hologramme sind.
Solche Schlussfolgerungen können aus den Informationen gezogen werden, die dank der Entwicklung der Quantenphysik gewonnen wurden. Wir wissen mit Sicherheit, dass die Grundregel, die bestimmt, was passieren wird, die Wahrscheinlichkeit ist. Wir wissen auch, dass einige physikalische Experimente einfach unmöglich sind, weil die bloße Tatsache, ihre Auswirkungen zu beobachten, bestimmt, was in ihnen passiert. Einstein, der die Konsequenzen eines solchen Denkens erkannte, sagte, dass sich die Welt nicht auf einen Gott verlassen kann, der würfelt.
Was wäre, wenn wir tatsächlich in einem großen Hologramm leben und unsere Interaktionen damit, die Äußerungen unserer Erwartungen und Ängste damit interagieren und uns dazu bringen, verschiedene Dinge zu erleben? Es gibt einige Methoden, um zu beeinflussen, was mit uns passiert, die als positiv bezeichnet werden. Jeder, der sie ausprobiert hat, weiß, dass es funktioniert, und vor allem, weil wir wissen, dass es funktionieren soll. Dasselbe gilt für verschiedene alternative Behandlungen. Sie basieren auf unserer Fähigkeit, das Hologramm zu kontrollieren, indem wir negative Gedanken eliminieren, dh durch Glauben.
Die Wissenschaft sucht nach einer Antwort auf die Frage, warum es Masse gibt, wenn Materie doch aus Teilchen besteht, die eigentlich leer sind. Für uns Menschen scheint es jedoch immer noch, dass die Welt um uns herum sehr real ist, und wir ahnen nicht einmal, dass, wenn wir unsere Fähigkeiten verstehen würden, jeder wie Neo aus der besagten „Matrix“ oder Buddha sein könnte, der sich brennend bewegen könnte die Kraft deiner Gedanken.
Mit einfachen Worten, wir sind bereits in der Matrix und wir sind alle Hologramme, von denen nichts abhängt. Ich möchte nur über solche Ideen über unsere Welt schmunzeln.
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Wird jeder sein eigenes Hologramm haben?
Aber wir werden trotzdem in die Realität zurückkehren. Die Zukunft liegt definitiv im 3D-Rendering. Sicher ist jedoch, dass es noch ein weiter Weg sein wird, bis echte Hologramme wie im Film „Blade Runner“ auf den Straßen erscheinen. Bis dahin werden wir viele „Simulationshologramme“ und Demonstrationen von Technologien haben, die unsere Sinne zunehmend täuschen und den Eindruck erwecken werden, dass wir echte dreidimensionale Objekte betrachten.
So Google genau ein solches Ziel haben sich die Entwickler gesetzt. Es ist bekannt, dass sie an dem interessanten Projekt Starline arbeiten, dh einer "holografischen" Kabine für Gespräche. Einige Ergebnisse ihrer Arbeit haben sie bereits gezeigt.
Google-Mitarbeiter erstellten mithilfe einer Reihe von Kameras und Sensoren genaue 3D-Modelle von Menschen, die miteinander sprechen, um den Eindruck zu erwecken, dass sie sich am selben Ort befinden. Derzeit wurde diese Lösung in den Büros des Unternehmens getestet.
Einige Wissenschaftler glauben, dass wir bereits einen Schritt vom Erscheinen der Hologrammtechnologie in den Mitteln der alltäglichen Kommunikation zwischen Menschen entfernt sind. Dazu muss eine weitere Infrastruktur für die Kommunikation der nächsten Generation aufgebaut werden – ein Glasfasernetz, das die Kontinente verbindet, und eine drahtlose 6G-Kommunikationsinfrastruktur der sechsten Generation. Viele Technologieunternehmen engagieren sich bereits in solchen Aktivitäten. Vielleicht werden Hologramme in ein paar Jahren zum Alltag gehören, aber ich hoffe, dass sie die echte Kommunikation zwischen Menschen nicht ersetzen werden.
Einige Wissenschaftler weisen auch darauf hin, dass Hologramme bereits verwendet werden können, da die entsprechenden Technologien bereits existieren, aber zum jetzigen Zeitpunkt so teuer sind, dass sie sich nicht vollständig rentieren. Die Situation ist der Entwicklung des Internets sehr ähnlich. Am Anfang glaubte fast niemand an ihn, und jetzt ist es unmöglich, sich die Gegenwart ohne seine Existenz vorzustellen.
Vieles deutet also darauf hin, dass wir in ein paar Jahren unsere eigenen Hologramme haben werden, um unsere Freunde bequem von zu Hause aus zu besuchen. Allerdings ist zu bedenken, dass sich die Vorhersagen der Wissenschaftler bezüglich der notwendigen Technologien nicht immer bewahrheiten.
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