Izvješće o stanju umjetnosti: Holografija

  Dennis Gabor, holografija

Dennis Gabor, izumitelj holografije, oko 1970.

Biblioteka slika znanosti i društva/SSPL/Getty

D eep u Mission Districtu San Francisca naći ćete kavernozno i ​​nedovoljno grijano skladište, slabo osvijetljeno i ispresijecano igličastim snopovima laserskog svjetla—grimiznim i duginim strelicama destilirane energije, koje nadzire i njima manipulira skupina noćnih dugokosih tehno- nakaze posvećene umjetnosti i znanosti holografije: trodimenzionalna laserska fotografija. Putnik će u ovom skladištu pronaći sve uobičajene ostatke tekuće tehnologije - alatne strojeve i odbačenu elektroniku, razbacane stranice bilješki i dijagrama, dobro pregledane kataloge i potpuno neidentificirane dijelove hardvera. Posvuda naslagano, međutim, nešto je posve neobično.



Oni su hologrami: ravni pravokutnici od stakla, obično četiri puta pet inča, koji kada se izdrže na svjetlu izgledaju kao da su prekriveni samo nasumičnim uskovitlanim uzorkom sive emulzije, ne doimajući se ništa osjetnijim od površine nedavno uzburkane lokve blata. Ali držite ploču pod određenim kutom, pod jakim snopom svjetla, i istog trenutka sadržaj postaje jasan: iznenada gledate pokraj sjajne staklene površine, izravno kroz nju, kao kroz prozor, u oštru trodimenzionalnu sliku vlakića igračke ili modela svemirca ili lica lijepe djevojke, koje naizgled lebdi ovješeno u zraku s druge strane tanjura.

Pomaknite glavu malo prema gore i gledat ćete dolje na vrh predmeta; pomaknite glavu prema dolje i gledate njezinu donju stranu. Stavite ruku iza holograma i lebdeća slika će izgledati stvarnija od vašeg vlastitog tijela. To je, ukratko, kao život. Čak i na ovom stupnju razvoja, odabranom iz nereda na grubom drvenom radnom stolu, jednako je vjerojatno kao i bilo što tehnološko da će pritisnuti vaš subliminalni gumb strahopoštovanja i čuđenja i ostaviti prastaru poruku koja treperi negdje ispod površine svijesti: Ovdje smo imati moćnu magiju.

* * *

Prije deset godina holografija se smatrala nepraktičnom laboratorijskom zanimljivošću uglavnom korisnom za zabavljanje dosadnih studenata prve godine fizike. Danas je jasno da će u roku od jednog desetljeća holografija na neki način utjecati na vaš život. A mogućnosti su ograničene samo maštom.

Možda će to biti uokvireni umjetnički hologram, s ugrađenim izvorom svjetla, koji će visjeti na vašem zidu i djelovati kao vječni prozor u neki mali svijet s druge strane stakla. Ili holografski portret prijatelja ili ljubavnika, puna slika glave od 360° prikazana na okruglom plastičnom cilindru tako da možete hodati okolo i provjeravati prednju, bočnu i stražnju stranu odjednom. (Salvador Dali i Alice Cooper, samo malo ispred svog vremena, već su pozirali za prvi od njih.) Nakon toga mogućnosti počinju zvučati kao klasična znanstvena fantastika. Holografski TV? Holografski filmovi? Definitivno moguće. S naprednijom tehnikom i mnogo novca— Sir Lawrence Olivier stoji visok šest stopa i trodimenzionalan u vašoj dnevnoj sobi, osjećajući, možda, kvadrafonijski zvuk. Pornoholografija? Prirodno: Prvi holografski akt već je naručen.

Jasno je da prije nego što bilo tko od nas, bože volje, proslavi prijelaz stoljeća, bit će nam postavljena neka trnovita pitanja o preciznoj hijerarhiji stvarnog i ne-stvarnog - i možda, super-stvarnog. Provedite malo vremena buljeći u dobre holograme i teško je ne prisjetiti se buduće domaćice u filmu Raya Bradburyja Fahrenheit 451 , koja dan provodi kod kuće okružena s četiri zida neprekidne super-stvarne trodimenzionalne sapunice. Ili djeca u Bradburyjevoj kratkoj priči, koja odlutaju u hologram afričkog velda na zidu dječje sobe—— gdje su lavovi toliko stvarni da čak imaju i apetit. Što se tiče filozofskih pitanja, može se pokazati da je to svaki promatrač za sebe. Ali sama tehnika holografije je i zanimljiva i prilično jednostavna - - i dobar primjer procesa koji se u početku može činiti prilično tajanstvenim, ali koji je zapravo samo logična kombinacija nekoliko neobičnih prirodnih svojstava.

* * *

TEORIJA
Za one koji poznaju konvencionalnu fotografiju, holografija će zvučati zaista misteriozno. U holografiji nema leća između subjekta i filma. Ne postoji takva stvar kao što je dubina polja: sve ispred ploče, na bilo kojoj udaljenosti, je u fokusu. Cijeli niz holografskih slika može se staviti na jednu ploču. Ne postoji takva stvar kao što je 'negativ': ako je hologram kopiran kontaktnim ispisom, sama bi ploča izašla obrnuta— — tamne linije na mjestima gdje su bile svijetle— — ali proizvedena slika bila bi potpuno ista. I ako vam se dogodi da stakleni hologram ispustite na pod i razbijete ga na stotinjak komadića—cijela slika, u dvije dimenzije, još uvijek se može rekonstruirati iz bilo kojeg pojedinačnog fragmenta. Informacije se čuvaju, kako bi holograf mogao reći. Prokleto čudno, mogao bi reći konvencionalni fotograf.

Da bismo objasnili holografiju, moramo razumjeti jedno svojstvo svjetlosti koje je gotovo uvijek potpuno nevidljivo oku. Svjetlost je oblik elektromagnetskog zračenja — potpuno isti oblik energije kao, recimo, radio valovi ili električna struja u vašoj kući — — samo na znatno višoj frekvenciji na koju je podešen optički živac, nešto poput radija. Stoga možemo razmišljati o svjetlosti kao o dolasku u valovima, slično oceanskim valovima - - vrh, dolina, greben, dolina. Ovo je, naravno, samo model. Iskonska stvarnost 'što je svjetlost' nikada se neće u potpunosti uklopiti u ovaj valni model. Ali radi sasvim dobro jer nam daje uvid u konkretnu stvarnost holografije.

Normalno svjetlo, kakvo emitira sunce ili žarulje sa žarnom niti, sastoji se od različitih frekvencija (boja) svjetla, kao i mnogih pojedinačnih svjetlosnih valova koji nisu u fazi. Pod izvan faze mislimo na to da dok je jedan val na vrhuncu, drugi je u svom dnu, a treći može biti na pola puta između. Nema ništa loše u takvom svjetlu — — dovoljno je dobro funkcioniralo za antropoidne primate u zadnjih milijun godina ili tako nešto — — ali ljudska bića imaju tendenciju zajebavati se sa svime. A time i izum lasera — —Pojačavanje svjetla stimuliranom emisijom zračenja, koje destilira normalnu svjetlost do stanja visoke čistoće i visoke energije.

L aser svjetlo je koherentan , što znači da je svaki val koji sačinjava snop u fazi; svaki val dolazi do vrha, svaki val pada, baš u trenutku kada to čini svaki drugi val. Proizvod je snop svjetlosti snažan i vrlo usmjeren. Čak i slab laser može biti sposoban spaliti mrtvu pjegu u mrežnicu oka, a snažnije zrake, barem na trenutak, mogu rastopiti čelik. Laserska zraka usmjerena prema površini Mjeseca proširit će se samo dvije milje do trenutka kada pređe 238.000 milja svemira. Usmjerena čak i preko najšire prostorije, laserska zraka ostaje virtualna točka.

Koherencija laserskog svjetla od najveće je važnosti u holografiji, zbog karakteristike svjetlosnih valova poznatih kao smetnje . Ako nastavimo s našom pretpostavkom da se snop svjetlosti sastoji od mnogo različitih valnih nizova, tada je interferenciju lako razumjeti. Vrh, dolina, greben, dolina— — svaki pojedinačni val slijedi ovaj obrazac. A kada se dva izolirana vala spoje — — recimo pri udaru o osjetljivu površinu fotografske ploče — — oni će se ili složiti (oba na vrhu ili oba u svojim koritima) i stoga ojačati jedan drugoga, ili će se razići (jedan na vrhu, a drugi u koritu) i tako će se, poput zbrajanja pozitivnih i negativnih veličina, poništiti i ostaviti bez traga.

Da bismo napravili hologram, jednostavno spojimo ovo svojstvo interferencije s koherentnim svjetlosnim izlazom lasera. Koristimo jedan laser, čiji je snop podijeljen na dva odvojena izvora svjetlosti. Jedna polu-zraka (zraka objekta) odbija se od skupa zrcala, kroz neke leće, i konačno osvjetljava subjekt, koji je postavljen izravno ispred fotografske ploče koju treba eksponirati. Drugi poluzrak (referentni snop) izravno osvjetljava ploču. Kada se hologram stvarno snimi (obično zraka prolazi kroz mali električni zatvarač), rezultirajuća slika na fotografskoj ploči dolazi iz dva izvora: jedan, referentna zraka, izravno iz lasera, baš kao što je proizvedena. Drugi izvor je lasersko svjetlo koje se reflektira od subjekta na ploču. I tu se spajaju svojstva koherencije i interferencije. Sva je laserska zraka, podsjetimo, započela u fazi. Ali sada je zraka krenula dvijema različitim stazama, različitih duljina. I tako su njih dvoje imali priliku izići iz takta, a rezultat, kao što je snimljeno na fotografskoj emulziji, je interferencijski uzorak između zrake objekta i referentne zrake koji bilježi, sasvim doslovno, svaki utor, boru, izbočinu i izbočinu u predmet koji se holografira.

Gledanje dovršenog holograma je obrnuti postupak od gore navedenog. Lasersko svjetlo je usmjereno na površinu ploče pod istim kutom kao i referentna zraka. Interferencijski uzorak na ploči preusmjerava svjetlost tako da ona izlazi iz ploče točno onako kako je i ušla kada je uzorak formiran: Vizualni znakovi objekta se tako rekonstruiraju, a oku se čini kao da je objekt je još uvijek tamo u svemiru, reflektirajući svjetlost zrake objekta koji je u stvarnosti odavno nestao.

Iako je detalje ove rekonstrukcije valne fronte teško vizualizirati, trebalo bi biti moguće osjetiti kako interferencija svjetlosnih valova omogućuje snimanje, na ravnoj površini, ne samo varijacija u svjetlu i tami, već i udaljenosti i dubine povezane s određenom scenom. Ono što je najzanimljivije jest da holografija ovisi o svojstvu svjetlosti — o stanju vrha, udubljenja, udubljenja, udubljenja — gotovo uvijek potpuno izvan naše percepcije, a ipak, ako se pravilno manipulira, može rekreirati stvarni objekt s nenadmašnom vjernošću.

PRAKSA
Izvan teorije, naravno, postoje praktičnija pitanja: ako, zaintrigirani, želite sami naučiti holografiju, je li to uopće moguće?

Najbolji odgovor je povratak u ono skladište u San Franciscu. ŠKOLA HOLOGRAFIJE SAN FRANCISCO čita mali znak na ulaznim vratima, a unutra je fenomen koji je sve češći na granicama nove tehnologije: zbirka znanstvenih nakaza, općenito dugokosih i plavonebnih razmišljanja, koji su otkrili igračku golemog interesa za znanstveni proces koji je nekoć bio ograničen na stranice ezoterijskih znanstvenih časopisa.

Klasičan primjer tog fenomena je računalna znanost—— vidi Stewart Brandov “Spacewar” u ROLLING STONE-u, izdanje br. 123. Ali holografija—— koja ima kamenit potencijal koji savija um i dimenziju, gotovo jedinstven u graničnoj tehnologiji — —očito je glavni kandidat za usklađeno ludovanje znanosti. 'Pogledajte ovo', kaže Lon, holograf s konjskim repom od oko 18 mjeseci, okružen grupom ambicioznih studenata holografa. On postavlja hologram veličine 8 inča sa 10 inča u difuznu zraku jarko crvenog helij-neonskog lasera. “Ako to pogledate na ovaj način” — — podiže ga, slika parne lokomotive koja se pojavljuje iznenada, jasna i trodimenzionalna, lebdi negdje iza ploče— — “to je ortoskopski , što znači da je točan u sve tri dimenzije. Ali ako je okreneš na ovaj način” — okreće je u laserskoj zraci, okreće je naopako, slika lokomotive sada kao da izlazi ravno iz stakla — — “to je pseudoskopski . Zna li itko što znači pseudoskopski?'

Nitko ne zna osim Lona. “Točan je u dvije dimenzije,” kaže on, “ali obrnut u trećoj. Čini se kao da je cijela stvar izvrnuta naopako—— i gotovo da nema načina da to ljudsko oko ikada shvati.”

Učenici pažljivije gledaju. Naravno: što dulje gledate, slika je čudnija. Kako je netko posegnuo u tu lokomotivu, zgrabio je za far i izvukao iznutra prema van?

'Pseudoskopski', ponovno kaže Lon. “Zvuči složeno, ali nije.”

Pseudoskopičnost je samo početak mentalnih putovanja u Školi holografije. Znanstveno-freakovi imaju tendenciju pristupati tehnologiji kao igrački. Ako je uključeno devet do pet, vjerojatno će biti devet navečer do pet ujutro. A problemi se rijetko formuliraju u terminima ovo-je-što-mislimo-da će se-prodati; vjerojatnije, ovo-što-mislimo-da-će-biti-daleko--a ako se i daleko-out može prodati, to bolje.

Škola obiluje primjerima pravocrtnog rješavanja problema koji je čudan za znanost. Budući da holografija ovisi o interferenciji specifičnih valnih duljina svjetlosti, svaka vibracija holografske ploče — —čak i jedna četvrtina valne duljine svjetlosti, nezamislivo mala— — zamutit će ili uništiti sliku tijekom duge ekspozicije. A većina holografija ovih dana mora se raditi s dugim ekspozicijama. Čak su i sveučilišni laboratoriji izvijestili o poteškoćama u postizanju visoke razine stabilnosti u holografskoj postavci. Tehnika koja se koristi u Školi je ignoriranje tradicionalnih predodžbi složenih metalnih optičkih klupa i umjesto toga korištenje jednostavno izgrađenih ogromnih kontejnera od betonskih blokova ispunjenih s otprilike tonom finog bijelog pijeska, koji plutaju na vrhu baze od djelomično napuhanih unutarnjih guma. Sve optičke komponente montirane su na dugačke cijevi i jednostavno zakopane u pijesak gdje god je potrebno. Rezultat je velika fleksibilnost, maksimalna stabilnost i izrazito ugodan osjećaj da se eksperimentator igra u masivnom pješčaniku koji doseže struk.

Čini se da nema ništa loše u potencijalu preživljavanja razmišljanja u pješčaniku. Lloyd Cross — — laserski genij iz Ann Arbora koji je napustio konvencionalnu tehnološku tvrtku kada je laserski nišan ušao u istraživanje i razvoj — — financirao je snagu školskih lasera kroz redovite tečajeve, dane noću i vikendima, koji će svakoga učiniti razumno kompetentnim holografom za samo desetak sati. Ali planovi Crossa i društva daleko nadilaze jednostavno pedagoški.

Jedno područje na koje je Škola usmjerila pozornost je savršenstvo holograma ravnine slike. Konvencionalni hologrami, naravno, moraju se promatrati ili laserom ili prilično specijaliziranim izvorom filtrirane, visoko monokromatske svjetlosti. Hologram u ravnini slike, međutim, ima u određenom smislu ugrađeni filtar, pa se stoga može promatrati s gotovo bilo kojim svijetlim, razumno uskim izvorom svjetla — — stolnom svjetiljkom, reflektorom, čak i suncem. Kvaliteta holograma u ravnini slika koje se izrađuju u Školi brzo je porasla i oni već prodaju onoliko koliko mogu proizvesti. Uz još malo razvoja, era umjetničkog holograma, koji svijetli u nekom polumračnom kutku dnevne sobe, bit će s nama.

J iza toga je holografski portret. Prvi holografski portreti od 360° — — oni koje poziraju Salvador i Alice — — napravljeni su u Školi holografije. Tehnika—— izvanredan napredak u holografskoj tehnologiji——uključuje snimanje velikog broja zasebnih fotografija subjekta i zatim njihov prijenos u cilindrični hologram putem složene metode multipleksiranja. U svom konačnom obliku proces će vjerojatno uključivati ​​malu filmsku kameru, postavljenu na polugu koja se okreće u širokom krugu oko glave subjekta, snimajući tri slike za svaki stupanj kretanja. Svih 1080 slika bit će multipleksirano na plastični cilindar veličine glave, a rezultat će biti, doslovno, prikaz od uha do tjemena do čela. A to je samo početak mogućnosti. Cross već radi na 360° holografskim rendgenskim zrakama. U jednom od prototipova portreta izloženih u Školi, subjekt je dobio upute da se smiješi u posljednjih nekoliko okvira slike. Preneseno na ravni hologram, to znači da dok pomičete ploču, vidite kako se djevojčina glava okreće, okreće, okreće - a onda se iznenada ceri, gotovo glatko kao u životu.

* * *

BUDUĆNOST
Kasno je poslijepodne u Školi holografije. Skupina holografa sjedi oko malog pretrpanog prostora za podučavanje, raspravljajući o nedavnom televizijskom specijalu koji je istraživao mogućnost izleta izvanzemaljskih astronauta iz drevne Zemlje. Sasvim iznenada, rasprava prelazi na prapovijesne lasere.

O jedan od holografa — —tihi dugokosi istočnjak po imenu Michael, koji je započeo svoju elektroničku karijeru popravljajući radiouređaje i koji je upravo završio svoj drugi domaći kontinuirani plinski laser — — počinje opisivati ​​pretkolumbovsku južnoameričku lasersku kulturu. “Koristili su zrcala od punog zlata”, kaže on, “postavljena na mramor i žad, visoko na vrhovima planina, za obranu. Iskopali su ogromne jame između zrcala u kojima su gorjele lomače od velikih cjepanica.” Zlato je, objašnjava on, imalo visoku refleksiju infracrvenih valnih duljina, pa bi se infracrvena energija koju su generirale goruće cjepanice odbijala između dva zrcala od punog zlata sve dok konačno nije nakupila dovoljno energije da izleti, dolje s vrha planine, spaljujući ili barem jako zastrašujući onoga tko je prijetio planinskim laserskim Indijancima. Razlog zašto nije pronađen nikakav trag laserske kulture, tvrdi on, je to što su, kada su Španjolci izvršili invaziju i poraz je bio neizbježan, laserski Indijanci odlučili rastopiti svoja magična zrcala od punog zlata.

Vrlo detaljno opisuje divovske primitivne lasere, evocirajući snagu i slavu tih zrcala od punog zlata na mramornim tribinama, a kad završi, u prostoriji nastane trenutak tišine pun poštovanja.

'Isuse', konačno kaže jedan od veterana holografa. 'Gdje ste čuli za to?'

Pripovjedač skromno sliježe ramenima. 'Oh, na radiju', kaže on. 'Znaš. Oko.' Ponovno sliježe ramenima. “I sam sam tome dodao nešto.”

Ostaje još mnogo toga za dodati priči o holografiji, ali većina toga leži u istom približnom području spekulacija, mogućnosti, polupovezanosti. Međutim, za razliku od prošlosti, budućnost pokazuje sve veću tendenciju rasta kako bi se uklopila u mitove sadašnjosti—— pa su možda nagađanja najvažniji dio priče.

Pokretna holografija je proces koji bi mogao revolucionirati ne samo medije već i sve glave koje unose medije. Trenutačno je pokretni hologram tehnički izvediv, ali monstruozno skup, iako već privlači pažnju sudionika s velikim novcem. Većina holografija danas se radi laserima s kontinuiranim valovima koji daju konstantan snop, ali male snage, što zahtijeva dugo vrijeme ekspozicije. Sofisticiranija varijanta je pulsirajuća, ispuštajući iznimno svijetlu zraku samo nekoliko desettisućinki sekunde, na način elektroničke bljeskalice. Već postoje pulsirajući laseri koji mogu bljeskati i puniti se do deset puta u sekundi - a kao što svaki redatelj zna, čak i deset sličica u sekundi može pružiti pristojnu iluziju kretanja. I dokle god nagađamo, nema razloga zašto ti pokretni hologrami ne mogu biti i u punoj boji. Razvijeni su procesi za proizvodnju holograma u boji, slično tehnikama u tri koraka korištenim u prvim pokušajima fotografije u boji.

Koliko do komercijalnog emitiranja pokretne holografije? Pa, još je malo rano za prodaju vašeg televizora u boji. Poteškoće su goleme — — metoda snimanja, način prijenosa, sustav prikaza — — iako se, naravno, prije ne toliko desetljeća, nešto isto govorilo o televiziji u boji. Ipak, holografija će, svakako, biti uobičajena u vrijeme kada se holografska televizija uvede. Nepotrebno je reći da je sam reklamni potencijal dobre holografije; znatan. Prekretnica u holografiji, zapravo, može biti kada nacionalni časopis prvi put uključi jeftin masovno proizveden hologram slike.

A što je s tim filozofskim implikacijama visoko sofisticirane holografije? U najširem smislu, to može značiti da ćemo u ovoj naciji medijskih ovisnika otkriti da razlika između iluzije i stvarnosti postaje sve finija - - zamislivo, čak, da postane gotovo stvar ukusa. Sitnica nategnuta? Već sada, za određene svrhe, hologram predmeta može biti korisniji od samog predmeta. Kada, na primjer, promatrate biološki uzorak pod mikroskopom velike snage, postoje poteškoće u održavanju subjekta u fokusu - osobito ako je, poput mnogih bioloških uzoraka, suspendiran u tekućini. Ranije je bilo potrebno da znanstvenik ili izreže predmet gotovo na dvije dimenzije, ili ga zamrzne.

Sada je moguće napraviti hologram s kratkom ekspozicijom uzorka, zamrznuti njegovo kretanje bez narušavanja njegove strukture i na taj način slobodno ispitati subjekt trodimenzionalno u slobodno vrijeme. Iluzija je, u ovom slučaju, mnogo korisnija od stvarnosti. U nestrogim terminima, može čak podsjetiti na neizbježno staro načelo nesigurnosti Wernera Heisenberga - načelo koje formulira, u određenom smislu, naše izgon iz Vrta, osuđujući nas zauvijek da ne možemo promatrati prirodu, a da na neki način ne promijenimo njezin tok. Holografija bi nam možda barem omogućila bolja mjesta u kazalištu.

P ali sve ovo je još jedno razmatranje. Ako priroda medija djeluje tako da mijenja razmišljanje opažača, onda smo s holografijom bliže domu nego ikad prije. Holografija dolazi od istog grčkog korijena kao i holistički, riječi koja se dostojno odnosi na analizu koja uzima u obzir sve aspekte — — dubinu i širinu — — situacije. Bez obzira razmišlja li netko holistički ili ne, sve je više dokaza koji sugeriraju da fizički mozak pohranjuje informacije holografski. Ništa, naravno, nema veze s laserima ili fotografskim pločama, ali načelo očuvanja informacija — — taj primjer razbijene holografske ploče — — čini se, unutar granica, istinitim u strukturi mozga. Holografsko pohranjivanje podrazumijeva pohranjivanje uzoraka, a ne bitova: očita usporedba je normalan fotografski negativ— — gdje je slika pohranjena na diskretnim komadićima srebra, svaki beznačajan kad se uzme zasebno — — naspram holografske ploče, gdje je cijela scena zabilježen u svakoj točki. Nedavno je velika pozornost posvećena razvoju holografske memorije u računalnoj znanosti; dovoljno prikladno, s obzirom da se čini da su računala između naših ušiju to već radila zadnjih nekoliko milijuna godina.

Precizan smjer kojim će holografija ići odavde ovisit će o mašti onih koji rade unutar medija i apetitima javnosti. Postojanje snažne ljudske želje za sve stvarnijim medijima u ovom je trenutku teško diskutabilno. Podsjeća, zapravo, na ruskog pisca Tolstoja, koji je pred kraj svog života imao priliku pogledati jednu od prvih uspješnih pokretnih slika — — parnu lokomotivu koja trzavo juri pored kamere, zbog čega su se mnogi u publici smanjili nehotice natrag na svoja mjesta. Nakon toga je pripovjedač Tolstoj imao samo jedan komentar: “Rodio sam se 50 godina prerano.” Zahvaljujući tehnološkom ubrzanju, šanse su da gotovo nitko tko ovo čita ne treba reći isto o holografiji. Jedino preostalo pitanje je koliko ćemo biti spremni kada stigne.