Голограммы перестали быть только научной фантастикой

17 Февраля 2017 в 19:30, Илья Хель 19 849 просмотров 39

Голограммы все чаще появляются вокруг нас. Давно умерший рэпер Тупак Шакур появился в 2012 году на музыкальном фестивале Coachella. HoloLens от Microsoft пытается повторить голодек из «Звездного пути», позволив пользователю взаимодействовать с 3D-объектами в дополненной реальности. Стартапы вроде Holoxica могут создавать трехмерные голограммы человеческих органов с целью медицинской визуализации.

В то время как некоторые из этих световых шоу уже не являются простыми световыми трюками, они пока не дотягивают до голограмм по типу тех, что мы видели в фильмах вроде «Звездных войн». Технологии истинных голограмм пока остаются в области научной фантастики. И вот в начале этого года ученые представили инновации, которые могут продвинуть эту технологию на пару световых лет вперед.

В исследовании, опубликованном в Nature Photonics, группа ученых из Кореи разработала 3D-голографический дисплей, который, по их мнению, работает в 2600 раз лучше, чем любые существующие аналогичные технологии. Между тем ученые из Австралии представили в журнале Optica миниатюрное устройство, которое создает самые качественные голографические изображения на сегодняшний день. Работы были опубликованы с промежутком в три дня в прошлом месяце.

Голография — широкая область науки и техники, но в ее основе лежит фотографический принцип, который записывает свет, рассеянный от объекта. Затем этот свет воспроизводится в 3D-формате. Голографию впервые разработал в 1940-х годах венгеро-британский физик Деннис Гарбор, получивший Нобелевскую премию 1971 года по физике за свое изобретение и разработку голографического метода.

Большинство голограмм представлены статичными изображениями, но ученые работают над более динамичными системами для воспроизводства огромного количества информации, заключенной в 3D-изображении.

Разница в диффузии

Возьмем работу, проделанную учеными Корейского института науки и технологий (KAIST).

Наша способность производить динамические голограммы высокого разрешения — вспомните принцессу Лею, умоляющую Оби-Ван Кеноби помочь джедаям — в настоящее время ограничена модуляторами волнового фронта. Эти устройства, пространственные модуляторы света или цифровые микрозеркальные устройства, могут контролировать направление распространения света.

Система формирования изображений с коротким фокусным расстоянием может создать только крошечное изображение с широким диапазоном просмотра. И наоборот, система с большим фокусным расстоянием может сгенерировать увеличенное изображение с очень узким диапазоном. Лучшая из технологий модулятора волнового фронта смогла создать изображение размером в один сантиметром с углом обзора в три градуса.

Это можно улучшить за счет создания комплексной и громоздкой системы с использованием нескольких пространственных модуляторов света, например. Но команда из KAIST пришла к более простому решению.

«Эту проблему можно решить, просто подключив диффузор», объясняет Йонг Кейн Парк, профессор отделения физики в KAIST. Поскольку диффузор рассеивает свет, размер изображение и угол обзора можно увеличить в несколько тысяч раз. Но есть проблема. Диффузор смазывает свет.

«Чтобы использовать диффузор как «голографическую линзу, нужно тщательно откалибровать оптические характеристики каждого диффузора», говорит Парк. «Для этого мы используем «метод шейпинга волнового фронта», который предоставляет информацию об отношениях между входящим в диффузор светом и выходящим из него».

Команде Парка удалось создать улучшенное трехмерное голографическое изображение с углом обзора 35 градусов в объеме 2 х 2 х 2 сантиметра.

«Улучшение масштаба, разрешения и углов обзора с помощью нашего метода легко масштабируется», отмечает он. «Поскольку его можно применить к любому существующему модулятору волнового фронта, он может существенно улучшить качество изображения даже самого лучшего модулятора, который выйдет на рынок».

Первым делом эта технология может найти применение (когда будет завершена) в проекционных дисплеях для автомобиля или голографических проекций интерфейса смартфона, говорит Парк. «Голограммы принесут нам новый опыт общения с электронными устройствами, и их можно будет реализовать с меньшим количеством пикселей, чем трехмерный голографический дисплей».

Оптика новой эпохи

В то же время физики из Австралийского национального университета представили устройство, состоящее из миллионов крошечных кремниевых столбцов, каждый в 500 раз тоньше человеческого волоса. Этот прозрачный материал способен на сложные манипуляции со светом, пишут они.

«Наша способность структурировать материалы на наноуровне позволяет достичь новых оптических свойств, выходящих за рамки свойств природных материалов», говорит Сергей Крук, соруководитель исследования. «Голограммы, которые мы сделали, демонстрируют значительный потенциал этой технологии для использования в различных приложениях».

Ученые говорят, что их вдохновляли фильмы вроде «Звездных войн». «Мы работаем с теми же физическими принципами, которые когда-то вдохновляли писателей-фантастов», говорит Крук. И добавляет, что этот новый материал однажды может заменить неуклюжие и тяжелые линзы и призмы, которые используются в других применениях.

«С нашим материалом мы можем создать компоненты с той же функциональностью, но легче и меньше. Это открывает совершенно новые применения, начиная с уменьшения камер в обычных смартфонах и заканчивая уменьшением веса и размера сложных оптических систем в космических спутниках».

А теперь совершенно о другом

К слову, об освоении космоса: может ли Вселенная быть голограммой? Что это означает для псевдоголограммы Тупака Шакура? А для остальных живых трехмерных существ?

Физики-теоретики считают, что наблюдали доказательства в поддержку относительно новой теории в космологии, которая утверждает, что известная Вселенная является проекцией двухмерной реальности. Впервые выдвинутая в 1990-х годах гипотеза в своей основе содержит идею, похожую на обычную голограмму, когда трехмерное изображение закодировано в двумерной поверхности.

Сторонники этой теории утверждают, что она может примирить две большие теории в космологии. Общая теория относительности Эйнштейна объясняет почти все происходящее на крупных масштабах Вселенной. Квантовая физика прекрасно описывает мелкие вещи: атомные и субатомные частицы. Работа на тему голографической Вселенной была опубликована в журнале Physical Review Letters.

Ученые использовали данные, полученные с инструментов, изучающих космический микроволновый фон (CMB). CMB — это послесвечение Большого Взрыва, которому 14 миллиардов лет. Вы можете увидеть CMB в виде белого шума на не настроенном телевизоре.

Исследование показало, что несколько простых теорий квантового поля могут объяснить практически все космологические наблюдения ранней Вселенной. И также эта работа может привести к появлению рабочей теории квантовой гравитации, слияния квантовой механики с эйнштейновской теорией гравитации.

«Ключ к пониманию квантовой гравитации лежит в понимании теории поля в одном нижнем измерении», говорит ведущий автор Ниаеш Афшорди, профессор физики и астрономии в Университете Ватерлоо. «Голография как Розеттский камень, перевод известных теорий квантовых полей без гравитации в неизведанные территории самой квантовой гравитации».

Сложно. Но уже не фантастика.

Голограммы перестали быть только научной фантастикой

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

39 комментариев

  1. storm X

    на самом деле мы продвинулись ку да лальше! вспомните голонраммы из Стар Варс -они были синего цвета, парящие и временами искажающиеся..а 2pас Шакур и Майкл Джексон? они выглядят как люди, с трех метров не отличить! тексура кожи. анимация, все на высше уровне! а что делала Лея? просто стояла -изредка махала руками

  2. Elitnyy

    Мы живем в измерении 3Д. Сейчас есть уникальный шанс перейти в 5Д, благодаря особым лучам из космоса, вызывающим мутации в 5Д. Те же, кто не захочет переходить в 5Д - те умрут и родятся на другой планете (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  3. Elitnyy

    Многие люди родом из нижних сверхплотных измерений -1Д, -2Д, -3Д, не говоря уже об измерениях двухмерном (только длина и ширина, без высоты или глубины ) и одномерном измерениях (просто точка) (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  4. retsamrevo

    Достаточно двух измерений. Тогда появляются перспективы, например, возможность управлять гравитацией. Подробности на моём сайте: www.isan.com.ua

    • ponchic

      Что это?

      • retsamrevo

        Модульный Генератор Гравитационных Сил (MGGF) - это необычный гироскоп для экспериментальной проверки голографического принципа. Если существует только 2D поверхность -голографический экран с информацией на нём, то можно рассмотреть когерентные колебания сферического 3D ротора в вакууме на основе термодинамики на голографическом экране, что позволяет голографический принцип. Если голографический принцип работает, то необычный гироскоп должен продемонстрировать появление гравитационных сил.

  5. saranchachacha

    Уважаемый Илья, световыми годами измеряют расстояние, а не время (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

  6. kfa

    Предлагаю участвовать в копке 3D бункера, с запасным выходом в новое измерение. При личном участие в копке со своим инвентарем - всего лишь 100$ (на уровне котлована). Спешите число участников ограничено. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

    • Хутор

      У меня такие же условия, только в два раза дешевле. Айда в мой проект со своими участниками. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  7. VINC

    А ультразвук и электромагнитное поле может влиять на свет? Может его преломлять или рассеивать? (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

    • yakiv94

      Магнитное поле в определенных условиях может влиять, так как сам свет имеет природу электромагнитной волны. Ультразвук? спорный вопрос. Если например ультразвук использовать для создания воздушной линзы, как вариант. Но практической реализации такого нет.

  8. Aldo

    Илья не был бы собой, если бы не затронул в своей статье какую-нибудь проблемку космологического масштаба :) Как по мне, так истина и разрешение парадоксов всегда кроется в понимании истоков и принципа работы тех кусочков, из которых состоит материя. Пока мы не поймём все принципы работы квантового мира, то так и будем философствовать на тему объяснения наблюдаемых парадоксов, ибо последний перестает быть оным сразу, как только приходит понимание сути вещей – доказано многократно ) Мне всё больше кажется что все интерпретации квантовой механики озвучиваются физиками от скуки, потому что на самом деле никто не парится особо на этот счёт, понимая что нужно просто дальше искать. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • retsamrevo

      '...истина и разрешение парадоксов всегда кроется в понимании истоков.." -поддерживаю. Но тогда нужно рассматривать тнрмодинамику на 2D поверхности. Для голографического принципа "принципы квантового мира'' - это способ кодирования информации без потерь на голографическом экране. Реальна только ускоренно раздувающаяяся поверхность с увеличивающейся энтропией/информацией, все остальное (законы физики) возникает из голографического сценария.

      • Aldo

        Ну логично предположить что на разных уровнях будут разные взаимодействия и как следствие законы. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

        • retsamrevo

          Голографический экран - это поверхность единой координаты времени на которую можно проецировать все явления без потери информации. Это основной, фундаментальный закон сохранения - закон сохранения информации. Давайте рассмотрим как может возникнуть одна из четырёх сил - гравитационная. Мое убеждение - ошибка постулировать её появление в кавантовой теории. Учитывая универсальность гравитации её появление должно быть понято из общих принципов, а не быть постулированой в микроскопической теории.

          • retsamrevo

            Прошу простить мой бедный русский и близорукость. могут быть ошибки в тексте.

          • Aldo

            Я не защищаю голографический принцип и собственно и говорю о том, что законы разные на разных уровнях – не всё можно объяснить квантовой теорией, как и не все явления можно объяснить ньютоновской механикой и т.д. и т.п. Важно разобраться во взаимодействии частиц на каждом уровне. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

            • retsamrevo

              Многих пугает голографический принцип, это потому, что мы эволюционировали с такой 3D обработкой информации и не приспособлены к пониманию того, что реально существует только 2D "раздувающаяся" поверхность с информацией. Эта информация представлена градиентами температуры, градиентами энтропии, вызванными перемещениями проекций явлений (их ускорениями) и энтропийными силами. Fentr=dTdS. И всё, больше ничего нет, всё остальное возникает из голографического сценария.

              • retsamrevo

                От сюда можно выводить законы физики (Для ознакомления: Erik Verlinde. "On the Origin of Gravity and the Laws of Newton". arXiv:1001.0785v1 [hep-th].)

            • retsamrevo

              "Важно разобраться во взаимодействии частиц на каждом уровне." - всегда лучше разобраться, но, например, для понимания дальнодействующего механизма возникновения гравитационной силы, это необязательное условие.

              • Aldo

                Я не говорю что это обязательное условие для всего. И вообще мне нравятся многие теории, все они хороши в своих собственных объяснениях, но я конечно не в компетенции аргументировать "за" или "против" той или иной. А за статью спасибо :) (отправлено из приложения Hi-News.ru)

      • retsamrevo

        Аналогия - оптическая голограмма. Реальна только 2D пластинка с информацией, 3D изображение возникает. Но это оптика, свет, а на голографическом экране - космологическом горизонте Вселенной это энтропийные силы. Это та суперсила, которая во фракталах информации приобретает свойства известных четырёх сил.

  9. Aldo

    Кстати есть тут ещё ребята которые в курсе нюансов теории относительности?) Мне вот непонятен один аспект – относительность времени разве косвенно не утверждает то, что будущее уже существует? (отправлено из приложения Hi-News.ru)

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.