Четверта властивість хвилі
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Від предмета відбивається світло, а на спеціальній чутливій платівці з’являється не зображення предмета, а зображення, якщо можна так сказати, незліченної кількості хвиль, відбитих від кожної точки предмета і вододіючою інформацією про цю точку, зашифровану у фазу і амплітуду хвилі. По хвилі від кинутого у воду одиночного каменю можна судити про його величину. Це і є голографічна пластинка, по якій можна відтворити об’ємне зображення предмета – голограму.
Спочатку така платівка фіксувала дві характеристики світла – фазу і амплітуду відбитих хвиль. Пізніше дослідникам вдалося зафіксувати в додатковому світлочутливому шарі пластинки третю характеристику світла – довжину хвилі – і створити об’ємні і кольорові голограми.
Ось тоді-то голографія стала кольоровою. Тією самою, що так вражає нас і сьогодні. Для кольорової голографії досить згаданих нами трьох характеристик світла. Але є і четверта – поляризація, не менш важлива, ніж фаза, амплітуда і довжина хвилі. Поляризація – це площина, в якій поширюється світлова хвиля.
Поляризацію світла можна змоделювати за допомогою простої мотузки, що хитається в повітрі. Мотузяну змійку можна запустити і у вертикальній площині, і в горизонтальній, і в будь-якій проміжній. Світлові хвилі завжди певним чином поляризовані.
Причому різні речовини поляризують світло по-різному. І в залежності від кута, під яким повернена площина хвилі, дослідники, наприклад, можуть дізнатися хімічний склад речовини. Як тільки дізнатися цю саму ступінь і зафіксувати на платівці голограми?
Всі використовувані в голографії світлочутливі платівки, на яких записується зображення, до поляризації були абсолютно байдужі. Потрібно було знайти таке середовище, яке не тільки темніло б під дією поляризованого світла, а й змінювало б свою структуру, тобто «відгукувалося» на поляризацію світлових хвиль.
Грузинські дослідники під керівництвом доктора технічних наук Ш. Д. Какічашвілі за вихідний матеріал взяли барвники, речовини, як відомо, аморфні, з хаотично орієнтованими молекулами. Передбачалося, що в кристалах легше, ніж в будь-яких інших речовинах, можна буде навести певний порядок поляризованим променем світла. Ретельно, наполегливо і довго створювали і випробували різні середовища, поки не отримали потрібний матеріал. І голографічний дослід повністю підтвердив теоретичні викладки: у голограми відтепер враховувалася і поляризація світла.
Голографія завершилася – у світла більше характеристик немає! Що ж може дати «поляризаційна» голографія? Наприклад, з її допомогою нескладно створити оптичний елемент з небаченими ще властивостями. Якщо на такий елемент впаде промінь світла, відбитий від якогось об’єкта, то він миттєво розкладе цей промінь на два і направить їх в різні боки. Але що ж тут дивного? Можна так поставити два звичайних дзеркала, що від одного сонячного променя зайчики потраплять і на праву і на ліву стіну. Причому тут голографія?
Уявіть, що дзеркало для гри з сонячними зайчиками не просте, а створене поляризаційною голографією. Коли на нього потрапить зображення об’єкта, ну, скажімо, портрет вусатого чоловіка в капелюсі, воно відкине капелюх в одну сторону, а вуса – в іншу, оскільки світлові хвилі, відбиті «речовиною капелюха» і «речовиною вусів», поляризовані по-різному. Жоден з існуючих оптичних приладів не здатний на таке.
Поки що таких приладів немає, але з їх появою вчені найрізноманітніших спеціальностей зможуть за частки секунди визначити склад будь-яких неорганічних і органічних структур і навіть живих тканин для вивчення протікаючих в них процесів, причому можуть бути в принципі вивчені і самі процеси, хімічні реакції, які відбуваються , скажімо, в живих тканинах або клітинах. Відомості про такі процеси є надзвичайно важливими, оскільки біохімію клітини фахівці зараз пізнають лише через непрямі дані. Такі прилади безцінні для молекулярної біології, нейрохірургії, інших областей медицини. Електроніка отримає пристрої, які будуть розсортовувати інформацію буквально зі швидкістю світла. Металургам нова голографія допоможе швидше, ніж раніше, створювати нові сплави з унікальними властивостями.
Автор: Павло Чайка, головний редактор журналу Пізнавайка
При написанні статті намагався зробити її максимально цікавою, корисною та якісною. Буду вдячний за будь-який зворотний зв'язок та конструктивну критику у вигляді коментарів до статті. Також Ваше побажання/питання/пропозицію можете написати на мою пошту pavelchaika1983@gmail.com або у Фейсбук.