50年前获诺奖的技术,今天却一直承受着人们的误解

作者: 王昱

来源: 环球科学

发布日期: 2021-10-03

1971年诺贝尔物理学奖得主丹尼斯·伽柏发明的全息摄影技术,尽管具有记录光相位的独特能力,并能产生立体视觉,但至今仍被广泛误解。全息摄影与普通摄影的区别在于其能记录光的相位信息,而不仅仅是振幅。尽管全息技术在防伪、艺术、传感器和数据存储等领域有所应用,但其苛刻的制作条件和高成本限制了其普及。全息瞄准器是全息技术的一个意想不到的应用,利用全息原理在游戏中提供精确的瞄准辅助。

1971年的诺贝尔物理学奖颁给了英国物理学家丹尼斯·伽柏,以表彰他发明的全息摄影技术。一般的摄影技术只能记录光的强弱,也就是振幅大小,而全息摄影还能额外记录光的相位。通过改进,全息图甚至可以让人眼产生立体视觉。但可能也正是因此,直到今天,全息还一直在被人误解。

网上冲浪时,你可能看到过制作“全息投影”的教程。首先,你需要一张偏硬的透明塑料片。

剪出四个梯形,再把它粘贴成一个棱台,放在手机屏幕上,使得每个侧面和屏幕的夹角为45°。然后在手机上找到一个合适的视频,播放视频,你就会看到图像仿佛悬浮在空中。这根本就不是全息,甚至连立体投影都不是。透明塑料片只是像平面镜一样反射光线,为水平的图像成一个竖直的虚像。同时,塑料片又是透明的,显得这个竖直的虚像好像正在空中悬浮。但只要仔细观察,就能发现这种伪全息只是一个平面投影,并不能让人产生立体感。

同样,商场里偶尔能见到的风扇式显示器也不是全息。

全息摄影与普通摄影最本质的区别是,普通摄影只能记录光的振幅,而全息摄影还能额外记录相位信息。全息摄影拍摄出的相片叫做全息图,全息图上面其实布满了疏密分布的条纹,根本看不出来它记录了什么内容。但如果用特定光线去照射全息图,用双眼观察,就仿佛能透过全息图看到后面有立体的物体存在。而立体投影的效果,不过是全息的副产物。

全息摄影技术在1971年被授予了诺贝尔物理学奖,但今天对全息的误解仍然普遍存在。这可能是因为全息技术还不够普及,而全息图苛刻的拍摄条件有可能是其不够普及的原因。拍摄光的干涉条纹,需要极高的精度。在全息图拍摄过程中,如果系统中的振动幅度超过拍摄用光波长的四分之一,干涉条纹就会移动形成“乱码”。这样得到的全息图完全不可用,无法在参考光的照射下重现被记录的物体。

对于可见光而言,波长的四分之一不过一百多纳米,想达到如此精度,需要极高的成本。

正是因为制作条件极为苛刻,全息图的仿制成本也颇为高昂。巴西、英国、日本等国某些面额的纸币上,就有用全息技术制作的防伪标记。除此之外,全息技术还在艺术、传感器、数据存储等方面有所应用,但都算不上广泛。不过全息的确有一个意想不到的应用,玩过吃鸡类游戏的读者想必不会陌生。

全息瞄准器就利用了全息的原理,在全息瞄准器中,激光照射到提前制作的全息图上,全息图就会显示出准星的图像。只有持枪者所在的位置才能从瞄准器中看到准星图像,并且准星图像位于枪口的延长线上。在近距离射击时,只要将准星和目标重叠,就能完成瞄准。

50年前就已经被授予诺奖的技术,今天却遭受了太多误解。又到一年诺奖季,这次我们不想让这些推动人类进步的科学成就再被误解。10月4、5、6日,随着今年诺奖陆续公布,我们将会第一时间带来详细的解读,将您带到人类知识的前沿,敬请期待!

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