Четвертое свойство волны
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
От предмета отражается свет, а на специальной чувствительной пластинке появляется не изображение предмета, а изображение, если можно так сказать, бесчисленного количества волн, отраженных от каждой точки предмета и несущих информацию об этой точке, зашифрованную в фазе и амплитуде волны. По волне от брошенного в воду одиночного камня можно судить о его величине. Это и есть голографическая пластинка, по которой можно воссоздать объемное изображение предмета — голограмму.
Сначала такая пластинка фиксировала две характеристики света — фазу и амплитуду отраженных волн. Позже исследователям удалось зафиксировать в дополнительном светочувствительном слое пластинки третью характеристику света — длину волны — и создать объемные и цветные голограммы.
Вот тогда-то голография стала цветной. Той самой, что так поражает нас и сегодня. Для цветной голографии достаточно упомянутых нами трех характеристик света. Но есть и четвертая — поляризация, не менее важная, чем фаза, амплитуда и длина волны. Поляризация — это плоскость, в которой распространяется световая волна.
Поляризацию света можно смоделировать с помощью колеблющейся в воздухе простой веревки. Веревочную змейку можно запустить и в вертикальной плоскости, и в горизонтальной, и в любой промежуточной. Световые волны всегда определенным образом поляризованы.
Причем различные вещества поляризуют свет по-разному. И в зависимости от угла, под которым повернута плоскость волны, исследователи, например, могут узнать химический состав вещества. Как только узнать эту самую степень и зафиксировать на пластинке голограммы?
Все используемые в голографии светочувствительные пластинки, на которых записывается изображение, к поляризации были совершенно равнодушны. Нужно было найти такую среду, которая не только темнела бы под действием поляризованного света, но и меняла бы свою структуру, то есть «откликалась» на поляризацию световых волн.
Грузинские исследователи под руководством доктора технических наук Ш. Д. Какичашвили за исходный материал взяли красители, вещества, как известно, аморфные, с хаотически ориентированными молекулами. Предполагалось, что в красителях легче, чем в каких-либо иных веществах, можно будет навести определенный порядок поляризованным лучом света. Кропотливо, упорно и долго создавали и опробовали разные среды, пока не получили нужный материал. И голографический опыт полностью подтвердил теоретические выкладки: в голограммах отныне учитывалась и поляризация света.
Голография завершилась — у света больше характеристик нет! Что же может дать «поляризационная» голография? Например, с ее помощью несложно создать оптический элемент с невиданными еще свойствами. Если на такой элемент упадет луч света, отраженный от какого-то объекта, то он мгновенно разложит этот луч на два и направит их в разные стороны. Но что же тут удивительного? Можно так поставить два обыкновенных зеркала, что от одного солнечного луча зайчики попадут и на правую и на левую стену. Причем тут голография?
Представьте, что зеркало для игры с солнечными зайчиками не простое, а созданное поляризационной голографией. Когда на него попадет изображение объекта, ну, скажем, портрет усатого человека в шляпе, оно отбросит шляпу в одну сторону, а усы — в другую, поскольку световые волны, отраженные «веществом шляпы» и «веществом усов», поляризованы по-разному. Ни один из существующих оптических приборов не способен на такое.
Пока еще таких приборов нет, но с их появлением ученые самых разных специальностей смогут за доли секунды определить состав любых неорганических и органических структур и даже живых тканей для изучения протекающих в них процессов, причем могут быть в принципе изучены и сами процессы, химические реакции, проходящие, скажем, в живых тканях или клетках. Сведения о таких процессах чрезвычайно важны, так как биохимию клетки специалисты сейчас познают лишь через косвенные данные. Такие приборы бесценны для молекулярной биологии, нейрохирургии, других областей медицины. Электроника получит устройства, которые будут рассортировывать информацию буквально со скоростью света. Металлургам новая голография поможет быстрее, чем прежде, создавать новые сплавы с уникальными свойствами.
Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка
При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.