هولوگرام‌ها؛ از ثبت جزئیات اسکورسیزی تا انقلاب در واقعیت افزوده

توهمی بی‌نقص از نور

مارتین ریچاردسون، متخصص هولوگرافی، شش تصویر سه‌بعدی از کارگردان مشهور، مارتین اسکورسیزی، خلق کرد. جزئیات یکی از این هولوگرام‌ها به اندازه‌ای بی‌نهایت بود که ریچاردسون را میخکوب کرد؛ تمام منافذ پوست و هر تار مو قابل مشاهده بودند. این تصویر چنان واقعی به نظر می‌رسید که احساس می‌شد اسکورسیزی دوباره در اتاق حضور دارد.

ریچاردسون، که دهه‌ها صرف تکمیل روش‌های خود کرده، مشاهده کرد که هولوگرام حتی ذره‌های غبار موجود در هوا بین اسکورسیزی و بیننده را نیز ثبت کرده است. او این توهم بی‌نقص ساخته‌شده از نور را که در یک لحظه کوتاه اما برای همیشه ثبت شده، «یک هنر اعتیادآور» می‌نامد و می‌گوید بهترین نمونه‌های آن «لرزه به اندام انسان می‌اندازند».

برای درک هولوگرافی واقعی، باید تفاوت آن را با تصاویر رایج تشخیص داد. تصویر پرنسس لیا در فیلم «جنگ ستارگان» یا ترفندهای روی صحنه برای نمایش خوانندگان پاپ در برابر تماشاگران، هولوگرام واقعی نیستند.

فیزیک پشت تصویر سه‌بعدی

هولوگرام‌ها تصاویر سه‌بعدی هستند که با ثبت «الگوی تداخل» ساخته می‌شوند. این الگو شبیه به برخورد دو جبهه موج آب در یک ظرف است، با این تفاوت که در هولوگرافی، الگوهای تداخلی توسط میلیون‌ها پرتو نور ایجاد می‌شوند و بسیار پیچیده‌تر هستند.

ثبت فاز نور: ترفند هولوگرافی

به طرز شگفت‌انگیزی، اگر الگوی تداخل نور روی یک فیلم عکاسی ثبت شود و سپس نور تازه‌ای بر آن تابانده شود، می‌توان جبهه موج نوری را که از شیء بازتاب شده بود، کاملاً بازسازی کرد. این بازسازی به این دلیل ممکن است که هولوگرافی نه تنها شدت نور، بلکه فاز نور را نیز ضبط می‌کند؛ یعنی اینکه موج‌های نور هنگام برخورد با جسم، هماهنگ مانده‌اند یا از هماهنگی خارج شده‌اند. این ضبط فاز، ترفند کلیدی هولوگرافی است.

برای ساخت این الگوهای تداخل، به نورهای منسجم (هم‌دوس) نیاز است؛ موج‌هایی که فراز و فرودهایشان هماهنگ باشد.

تاریخچه و تولد یک فناوری

ایده هولوگرافی در دهه ۱۹۴۰ توسط فیزیکدان مجار–بریتانیایی، دنیس گابور، مطرح شد. او در تلاش برای توسعه میکروسکوپ الکترونی بود و به اصل مهمی دست یافت: امکان بازسازی تمام پیچیدگی موج‌های نور یا الکترون که از یک جسم بازتاب داده می‌شوند.

گابور نشان داد که بازسازی جبهه موج امکان‌پذیر است، اما در آن زمان منبعی برای تولید نور منسجم وجود نداشت. این مشکل تا زمان اختراع لیزرها در دهه ۱۹۶۰ پابرجا بود. با ظهور لیزرها، که نور منسجم تولید می‌کنند، افراد دیگر توانستند اولین هولوگرام‌های قابل مشاهده را بسازند.

دنیس گابور در سال ۱۹۷۱ به خاطر کار پیشگامانه‌اش در زمینه هولوگرافی، جایزه نوبل فیزیک را دریافت کرد.

کاربردهای شگفت‌انگیز هولوگرافی

داستان هولوگرام‌ها، روایتی از خلاقیت خارق‌العاده در مرزهای علم و هنر است.

از هنر تا کنترل کیفیت مهندسی

هنرمندان از هولوگرافی برای خلق آثار بصری شگفت‌انگیز استفاده می‌کنند. ناتالی لوگان، هنرمند کانادایی، مجموعه‌ای از آثار خود با نام «نور به دام افتاده» را خلق کرده است. او تجربه دیدن یک هولوگرام سرباز اسباب‌بازی را بازگو می‌کند که آن‌قدر واقعی به نظر می‌رسید که او تصور کرد یک شیء سه‌بعدی واقعی در مقابلش قرار دارد. او می‌گوید: «هولوگرام را مثل یک ظرف می‌بینم. در واقع تو همان کاری را دوباره منتشر می‌کنی که نور در آن لحظه انجام داده بود.»

در حوزه مهندسی، از این فناوری برای بررسی نقص‌های ریز در مواد استفاده می‌شود. مهندسان می‌توانند با گرفتن دو هولوگرام دقیق از یک تیرآهن فولادی در زمان‌های مختلف و انداختن آن‌ها روی هم، تغییر شکل یا نقص‌های احتمالی را با دقت بالا تشخیص دهند. این روش در بررسی قطعات حساسی مانند پره‌های توربین موتور جت نیز کاربرد دارد.

امنیت و آینده داده

• امنیت مالی: هولوگرام‌های رنگین‌کمانی یا برجسته که کپی‌کردنشان دشوار است، به ویژگی‌های امنیتی کارت‌های بانکی اضافه شده‌اند و به جلوگیری از جعل کمک می‌کنند.
• ذخیره‌سازی داده: شرکت‌ها در حال بررسی استفاده از هولوگرام برای ذخیره داده‌ها هستند، با این امید که روزی این فناوری بتواند جایگزین نوارهای مغناطیسی سنتی شود.

هولوگرام‌ها و واقعیت افزوده

پژوهش بر پایه اصول هولوگرافی همچنان ادامه دارد و یکی از مهم‌ترین کاربردهای کنونی آن در حوزه واقعیت افزوده (AR) است. عینک‌های واقعیت افزوده از عناصر نوری هولوگرافیک (HOEs) استفاده می‌کنند. این فناوری پیشرفته می‌تواند تصاویر سه‌بعدی زنده را مستقیماً جلوی چشم کاربر ایجاد کند و به ساخت دستگاه‌های AR کوچک‌تر و کارآمدتر کمک کند.

مسعود منصوری‌پور، از دانشگاه آریزونا، در این باره می‌گوید: «شما می‌توانید تصویری را روی دنیای واقعی بیندازید.»

شان جانستون، استاد بازنشسته دانشگاه گلاسگو، می‌پذیرد که هرچند هولوگرافی همیشه بیش از اندازه تبلیغ شده است، اما بهترین هولوگرام‌ها را می‌توان نزدیک‌ترین چیز به بی‌نقص‌ترین تصویرسازی تاریخ دانست.