Mais de 100 anos se passaram desde que os fundamentos teóricos da holografia foram formulados pela primeira vez, e ainda associamos hologramas principalmente a adesivos em discos ou ao show póstumo de Tupac Shakur. No entanto, nos últimos anos, o tema da holografia começou a se desenvolver ativamente. Hoje vamos contar tudo sobre misteriosas imagens holográficas.
Em 1920, o cientista polonês Mieczyslaw Wolfke em seu trabalho "Sobre a possibilidade de imagens ópticas de grades moleculares" (Über die Möglichkeit der optische Abbildung von Molekulargittern) apresentou e confirmou experimentalmente a ideia de um método holográfico de obtenção de imagens. Naquela época, no entanto, não havia tecnologia que permitisse que a descoberta do polonês fosse usada na prática. Tivemos que esperar por isso até os anos 60 do século passado.
Os hologramas tornaram-se amplamente conhecidos em 1977 graças ao filme Star Wars, no qual atuavam como portadores de informações e meios de comunicação. Dessa forma, uma teoria científica muito complexa entrou na cultura pop, capturando a imaginação de milhões de pessoas ao redor do mundo. Estamos próximos hoje da visão do tema da holografia de George Lucas?
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O que é holografia?
“Ajude-me, Obi-Wan Kenobi! Você é minha única esperança!" Este texto, conhecido por todos os fãs de Star Wars, é falado por uma projeção tridimensional da princesa Leia, tornou-se para muitos espectadores a primeira ideia do que é holografia e imagem holográfica.
Hoje, quando seguramos em nossas mãos um disco com os discos de nossa banda favorita, vemos nele um adesivo colorido, reluzindo com diferentes cores do arco-íris. Esta é uma confirmação holográfica da autenticidade e legalidade do disco. Então, isso também é um holograma, mas como é criado e para que é usado? Vou tentar responder a essas perguntas da forma mais acessível possível. No entanto, obviamente não será uma tarefa fácil e simples, principalmente pela necessidade de definir e explicar alguns conceitos físicos, embora a maioria deles deva ser familiar para você de suas aulas de física. Isso é necessário porque o efeito final é resultado do uso prático de conquistas de vários campos da tecnologia. Portanto, um mal-entendido dos fundamentos teóricos pode levar a um mal-entendido de todo o problema. No entanto, não pretendo sobrecarregar este artigo com teorias apoiadas pelas equações de Maxwell. Poderia, mas por quê? Não acrescentaria nada de novo e certamente o tornaria mais difícil de entender. Tentarei explicar de forma acessível os princípios de gravação e reprodução de imagens holográficas, usando desenhos claros e definições de conceitos físicos básicos no campo da ótica e movimento ondulatório. E também falarei sobre a aplicação prática da holografia, incluindo o registro holográfico de informações em tecnologias computacionais.
Vamos começar com uma definição que tornará as coisas um pouco mais fáceis para nós. A holografia, assim como a fotografia, conhecida da humanidade desde o século XIX, é uma forma de obtenção de imagens. Ambos os termos vêm da língua grega, no entanto, se a palavra fotografia vem das palavras “photo” e “graphe”, que significam “luz” e “imagem”, então a primeira parte da palavra holografia vem de “holos ”, que em grego significa “todo”.
Portanto, a holografia é "desenhando o todo". O que isto significa? Em uma fotografia padrão, só podemos preservar uma imagem bidimensional do que vemos em um mundo tridimensional. A ideia por trás da holografia é registrar informações sobre todo o objeto, não apenas um lado dele. Para que seja possível, a partir das informações gravadas, reproduzir a imagem de todo o objeto.
Mas como preservar a aparência de um objeto tridimensional? Para isso, é utilizado o fenômeno de interferência da luz. A luz visível, que faz parte do espectro eletromagnético, consiste em dois componentes - um campo elétrico e um campo magnético. Mas o mais importante, a luz é uma onda, não apenas um fluxo de fótons, então a sobreposição de várias ondas pode criar novas ondas com novas características. Então, usando o fenômeno de difração, a imagem de ondas sobrepostas pode ser reproduzida de modo que reflita as características registradas.
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Gravação e exibição de holograma
Graças à natureza ondulatória da luz, é possível registrar a aparência de um objeto em três dimensões em filme fotográfico padrão. Com a ajuda de um laser adequado, um feixe do qual é direcionado para uma placa translúcida e é direcionado tanto para o objeto a ser fotografado quanto diretamente para o filme, é criado um padrão de ondas sobrepostas. Tal imagem é uma superposição de um grande número de interferências de componentes espectrais individuais da luz, e se quiséssemos obter uma “foto” de tal filme, nossos olhos não veriam um objeto iluminado por um laser, mas uma mistura de linhas de interferência, que por si só não nos dizem nada sobre o objeto fotografado.
Veja como fica na prática:
Somente a exposição correta do filme, que naquele momento é uma grade de difração, com a ajuda de um feixe de laser focalizado permite reverter todo o processo e obter uma imagem tridimensional do objeto.
A imagem holográfica XNUMXD, embora semelhante, é diferente da técnica estereoscópica, que envolve fotografar um objeto de dois close-ups e depois colocar as placas em um dispositivo chamado estereoscópio. Por exemplo, populares óculos de realidade virtual trabalhe desta forma, criando duas imagens ligeiramente deslocadas. Nos hologramas, esse deslocamento é fixado em um meio na forma de interferência de ondas.
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Holograma e "holograma"
O problema com a tecnologia descrita acima é que ela requer luz laser precisa e condições de laboratório próximas para alcançar resultados satisfatórios. E embora a ideia original dos hologramas tenha encontrado aplicação prática, por exemplo, na gravação de dados em mídia padrão HVD com capacidade teórica de vários TB, no entanto, eles não se tornaram uma mídia popular para uso doméstico.
Soluções práticas mostram que o complexo processo de obtenção de uma imagem holográfica simplesmente perde para outras tecnologias que alcançam o mesmo efeito, mas utilizando outras técnicas. E embora, do ponto de vista científico, tais imagens não devam ser chamadas de hologramas, é costume chamar todos esses pseudo-hologramas simplesmente de "holograma".
Na prática, no entanto, nem a imagem do concerto de Tupac nem a imagem da rainha Elizabeth II em sua carruagem de 260 anos são verdadeiros hologramas do ponto de vista científico.
Um holograma não é o que vemos nos óculos HoloLens ou no para-brisa de um carro com "display holográfico". Na maioria das vezes, esta é uma imagem tridimensional criada com a ajuda de vários raios de luz separados (e não um, como no caso do holograma original) caindo de lados diferentes em um meio, que pode ser vidro transparente, uma cortina de água , ou vapor de água "flutuante" sobre tal "exibição holográfica".
Não tenho grandes objeções ao uso do termo "holograma" em relação a essas técnicas, e a principal razão é que o efeito obtido dessa maneira muitas vezes corresponde às principais propriedades da holografia, ou seja, o armazenamento e a reprodução de mais informações (neste caso trata-se de ver o objeto de diferentes ângulos) sobre o objeto.
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Os "hologramas" de hoje
Sistemas baseados em projetores, que exibem imagens em diversos materiais transparentes, funcionam de forma um pouco diferente. A luz direcionada de diferentes ângulos contém informações sobre a imagem vista do outro lado. Os raios se encontrarão na superfície do vidro, da água ou, como no caso da esquecida invenção polonesa Leia Display, uma cortina de vapor, criando a impressão de uma imagem tridimensional aparecendo no ar (a vantagem final de uma verdadeira holograma).
Outro exemplo são as telas 2020D de Looking. Aqueles que projetam uma imagem não em uma superfície bidimensional, mas a criam dentro de um corpo tridimensional, por exemplo, o vidro. A empresa, em particular, trabalha na solução Looking Glass Factory há anos, e pudemos admirar os primeiros resultados sérios desse trabalho em XNUMX.
Também podemos citar o circo alemão Roncalli, que se recusou a realizar atos com animais, embora na Alemanha, aliás, ao contrário de muitos países europeus, circos com animais não sejam proibidos. Agora elefantes, cavalos e peixes aparecem na arena na forma de hologramas.
O sistema, que permite aos espectadores ver hologramas, custou mais de meio milhão de euros.
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As pessoas não percebem que vivem em um holograma?
Claro, não foi sem pessoas que apoiam as ideias de uma conspiração mundial. Eles acreditam que você e eu vivemos em um grande holograma há muito tempo, que o mundo ao nosso redor é um holograma, uma Matrix. Vou tentar explicar tudo agora.
Quando o filme "Matrix" apareceu, todos ficaram muito surpresos com a ideia do roteiro, que surgiu dos irmãos Wachowski. No entanto, a ideia subjacente à história da Matrix também está presente nas filosofias orientais. Alguns físicos quânticos há muito reconhecem que o que a ciência descreve na linguagem da matemática é conhecido há séculos na forma de mensagens religiosas. Ou seja, se acreditarmos nessa teoria, viveremos em um grande holograma.
Eles afirmam que a humanidade se tornou tão preocupada que é incapaz de perceber algumas coisas. Observamos o mundo e participamos de sua criação, muitas vezes sem perceber a possibilidade de influenciar o que nos acontece. Os físicos estão procurando evidências da existência de um campo de Higgs cheio de bósons característicos chamados de partícula de deus, mas consideramos as informações sobre tais buscas isoladas das implicações que a descoberta de tal mecanismo teria.
Pode acontecer que a confirmação da existência dos bósons de Higgs nos obrigue a fazer perguntas importantes sobre a natureza do mundo e como ele foi criado. De repente, pode acontecer que os conceitos da Matrix não sejam tão fantásticos, e todos nós realmente vivemos em um grande holograma, e nós mesmos somos hologramas.
Tais conclusões podem ser tiradas das informações obtidas graças ao desenvolvimento da física quântica. Sabemos com certeza que a regra básica que determina o que acontecerá é a probabilidade. Também sabemos que alguns experimentos físicos são simplesmente impossíveis porque o próprio fato de observar seus efeitos determina o que acontece neles. Einstein, percebendo as consequências de tal pensamento, disse que o mundo não pode depender de um Deus que joga dados.
E se estivermos realmente vivendo em um grande holograma, e nossas interações com ele, as expressões de nossas expectativas e medos interagem com ele, fazendo com que experimentemos coisas diferentes? Existem alguns métodos de influenciar o que nos acontece, que são chamados de positivos. Qualquer um que já experimentou sabe que funciona, e principalmente porque sabemos que deve funcionar. O mesmo com vários tratamentos alternativos. Eles são baseados em nossa capacidade de controlar o holograma eliminando pensamentos negativos, ou seja, através da fé.
A ciência está procurando uma resposta para a questão de por que existe massa, se a matéria consiste em partículas que são realmente vazias. No entanto, para nós humanos, ainda parece que o mundo ao nosso redor é muito real, e nem suspeitamos que se entendêssemos nossas capacidades, todos poderiam ser como Neo da dita "Matrix", ou Buda que poderia mover queimar com o poder do seu pensamento.
Em palavras simples, já estamos na Matrix e somos todos hologramas dos quais nada depende. Eu só quero sorrir com essas ideias sobre o nosso mundo.
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Todos terão seu próprio holograma?
Mas ainda voltaremos à realidade. O futuro está definitivamente na renderização 3D. No entanto, é certo que ainda falta muito para que hologramas reais apareçam nas ruas, como no filme "Blade Runner". Até lá, teremos muitos "hologramas de simulação" e demonstrações de tecnologias que irão cada vez mais enganar nossos sentidos e criar a impressão de que estamos olhando para objetos tridimensionais reais.
Assim Google definir os desenvolvedores exatamente esse objetivo. Sabe-se que estão trabalhando no interessante Projeto Starline, ou seja, uma cabine "holográfica" para conversas. Eles já mostraram alguns resultados de seu trabalho.
Os funcionários do Google, usando uma série de câmeras e sensores, criaram modelos 3D precisos de pessoas conversando entre si, dando a impressão de que estão no mesmo lugar. Atualmente, esta solução está sendo testada nos escritórios da empresa.
Alguns cientistas acreditam que já estamos a um passo do surgimento da tecnologia do holograma nos meios de comunicação cotidiana entre as pessoas. Para isso, será necessário construir outra infraestrutura para comunicação de última geração – uma rede de fibra ótica conectando os continentes e uma infraestrutura de comunicação sem fio 6G de sexta geração. Muitas empresas de tecnologia já estão envolvidas em tais atividades. Talvez em alguns anos os hologramas se tornem parte da vida cotidiana, mas espero que eles não substituam a comunicação real entre as pessoas.
Alguns cientistas também apontam que os hologramas já podem ser usados, já que as tecnologias apropriadas já existem, mas nesta fase é tão caro que não é totalmente lucrativo. A situação é muito semelhante à forma como a Internet se desenvolveu. No nível inicial, quase ninguém acreditava nele, e agora é impossível imaginar o presente sem sua existência.
Portanto, há muitos sinais de que em poucos anos poderemos ter nossos próprios hologramas para visitar nossos amigos no conforto de nossas casas. No entanto, deve-se ter em mente que as previsões dos cientistas sobre as tecnologias necessárias nem sempre se concretizam.
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