Ирина Радунская - Крушение парадоксов

• Название: Крушение парадоксов
• Автор: Ирина Радунская
• Издательство: «Молодая гвардия»
• Жанр: История
• Год: 1971

Мазеры и лазеры сделались не только орудием техники, но и скальпелем науки. Они помогли обнаружить столько неожиданных явлений, что ученым впору ринуться на штурм самых глубинных свойств материи.

В книге рассказывается о работах академиков Николая Геннадиевича Басова и Александра Михайловича Прохорова в этой области.

---

Во многих случаях нет необходимости даже в изготовлении шаблона. Голограмму можно сделать просто по чертежу изделия или даже на основе математической формулы, описывающей форму поверхности изделия.

Пропуская лазерный свет, рассеиваемый какой-либо деталью работающей машины, через голограмму неподвижной детали, можно обнаружить вибрации и ничтожные деформации детали. И на деталь не надо действовать ничем, кроме света.

Голографические методы уже успешно применяются в звуковидении и радиолокации. Если предмет, погруженный в прозрачную жидкость, облучается потоком звуковых или ультразвуковых волн так, что рассеянные им волны попадают на поверхность жидкости, на ней возникает рябь. Если на поверхность одновременно попадает и волна, идущая непосредственно от источника, то рябь на поверхности превращается в систему неподвижных стоячих волн. Они содержат информацию о форме предмета и о механических свойствах его поверхности. Облучая эти стоячие волны светом лазера, можно увидеть глазами изображение объекта, скрытого в жидкости. Аналогично можно исследовать раковины и другие включения внутри металлических или цементных блоков и в других непрозрачных твердых телах.

Раскрытие образа

Наиболее распространенные радиолокаторы ощупывают пространство узким пучком радиоволн. Изображение цели на окружающем фоне воссоздается на трубке радиолокатора по точкам, подобно тому, как воспроизводится изображение в телевизоре.

В последнее время задачи радиолокации усложняются. Необходимо одновременно следить за многими целями, быстро перемещающимися в больших областях пространства. Обычный одноантенный радиолокатор достиг предела своих возможностей. Появились сложные многоэлементные системы. Чрезвычайно возрос объем поступающей информации. Методы голографии позволяют и здесь добиться хороших результатов.

Неисчерпаемые возможности голография открывает в области вычислительных машин и других систем накопления и обработки информации. Расчеты показывают, что плоская голограмма на пластинке размером 7 на 7 сантиметров вмещает 100 миллионов единиц информации, что соответствует библиотеке из 300 книг по 200 страниц каждая.

Объемная голограмма способна сосредоточить миллион миллионов единиц информации в одном кубическом сантиметре. Задача состоит в том, чтобы удобно и быстро осуществить такую запись и, что особенно сложно, быстро извлечь из этой массы нужную информацию.

Огромным преимуществом голографической записи является замена последовательного поиска, применяемого в других системах (перелистывание страниц, просмотр оглавления и библиографических карточек, прокручивание магнитных пленок), одновременным анализом всего блока памяти.

Например, метод, иногда называемый методом фантомных изображений, действует так. Информация, например страницы книги последовательно вводится в голограмму — блок памяти. При этом часть каждой страницы отводится для записи ключевых данных — например, название книги, автор, номер страницы. На стадии восстановления изображения луч лазера, направленный на голограмму, предварительно проходит через ключевую карточку — пластинку, на которой нанесены ключевые данные нужной страницы. На экране немедленно возникает изображение всей страницы. Существующая техника позволяет достаточно четко восстановить содержание страницы, даже если лишь 2 или 3 процента ее площади использовать в качестве ключа поиска. Это, конечно, значительно упрощает процесс. Но ученые хотят достичь много большего сжатия информации.

Более эффективным является метод, аналогичный ассоциативной памяти. Большой объем голографических систем памяти вместе с применением ассоциативной методики позволит в будущем создать машину для перевода, хранящую в «словаре» не отдельные слова, а целые фразы. В блок записывается информация о связи входного сигнала (например, определенной фразы русского языка) с выходным сигналом (соответствующим фразе иностранного языка). В выходной блок записываются лишь выходные данные, в нашем примере — множество иностранных фраз. На стадии восстановления информации выходной блок освещается лучом лазера, проходящим через блок памяти. При отсутствии входного сигнала на экране за выходным блоком имеется только слабое равномерное освещение. Если же, кроме опорного луча, на блок памяти падает вторая часть луча того же лазера, предварительно пропущенная через пленку, на которой записана русская фраза, то на экране немедленно появится ее иностранный эквивалент. Если соответственная русская фраза и ее иностранный эквивалент не были первоначально введены в систему, на экране не возникнет никакого изображения.

Пока такой машины не существует, но создание ее требует лишь преодоления технических трудностей. И можно создать в такой машине возможность приближенных переводов фраз, интересующих абонента, даже если эти фразы не были введены в ее память.

Методы, кратко описанные выше, позволяют производить не только быстрый поиск, но и обработку информации, например, осуществлять математические и логические операции, опознавать различные образы: разыскивать фотографии, на которых присутствует определенное лицо, или производить анализ крови или отпечатков пальцев, и многое другое.

В последнее время разработаны специфические методы голографии, позволяющие обходиться без источников когерентного излучения. Они представляют собой в некотором смысле возврат к липмановским фотографиям, но на более высоком уровне и без применения линз. В методе Липмана интерференционная структура возникала при взаимодействии некогерентного света, прошедшего через объект, с лучами того же света, отразившимися от зеркала, примыкающего к фотоэмульсии. В современной некогерентной голографии некогерентное излучение, прошедшее объект, расщепляется дифракционной решеткой. Два главных пучка, образованных решеткой, направляются на голограмму при помощи двух вспомогательных зеркал. Этот метод применим и к рентгеновским лучам, и даже к гамма-лучам в эффекте Мессбауэра.

Современная голография — дитя лазера. Она уже вышла из пеленок и стала средством быстрого прогресса науки и техники. Мы еще услышим о многих чудесах, превращенных голографией в реальность.

Мы увидим

Я познакомилась с Денисюком в марте 1971 года, когда он впервые присутствовал на собрании Академии наук после его избрания членом-корреспондентом.

— В наши дни многие придают чрезмерное значение вопросам приоритета, — сказал Денисюк. — Конечно, голографию придумал и впервые доказал ее осуществимость Габор. Но я рад, что узнал о его работах, когда сам уже сформулировал свой метод и получил свои результаты. Как знать, пойди я каноническим путем, начав с изучения литературы, не попал бы я в плен идей Габора и смог ли прийти к идее объемной голографии?

— Ведь подход у нас был близким, цели одинаковыми, — продолжал он, — а обнаружив в журнале готовое решение, поневоле размагничиваешься. Кто знает, прочитай я годом-двумя раньше статьи Габора, и объемную голографию пришлось бы придумывать другому, и, может быть, это произошло бы много позже. Насколько я знаю, Габор хорошо понимает различие между нашими направлениями и всегда ссылается на мои работы по объемной голографии. А я, конечно, всецело признаю его приоритет и его заслуги, так же как и заслуги Лейта в создании плоской лазерной голографии...

Впрочем, коснувшись вопросов истории, не следует забывать, что и у Денисюка и у Габора были предшественники. Габор указывает, что его метод возник, как модификация идеи У. Брэгга, крупнейшего специалиста по рентгеноструктурному анализу.

Но ни Габор, ни Денисюк ничего не знали о трудах польского физика Мечислава Вольфке, сформулировавшего принцип двухступенного восстановления изображения объекта, при котором используется дифракционная картина, образуемая этим объектом. Свою идею Вольфке, как и Габор, сформулировал применительно к рентгеновским лучам и проверил на опыте в видимом свете. Соответствующие публикации появились в 1920 году. Они опирались на теоретические работы автора, выполненные между 1911 и 1914 годами, причем эти исследования опирались на труды знаменитого иенского оптика Эрнста Аббе и его теорию микроскопа. Вольфке указывает, что к идее восстановления изображения подходил в 1913 году и Э. Хупка. Еще раз, не зная о предшественниках, подобную идею высказал в 1938 году Х. Берш.

Все они были пионерами, далеко опередившими возможности и даже потребности своего времени.

Меня же интересовал не только вопрос приоритета.

— Говорят, что голография — дитя лазера. Правильно ли? Ведь и вы и Габор получили свои голограммы до появления первых лазеров, — спрашиваю я.

— Тем не менее, это верно, — ответил Денисюк. — Без лазеров голография осталась бы интересным принципом, может быть, имеющим узкое применение в каких-то специальных исследованиях. Лазеры вдохнули в голографию новую жизнь. Открыли ей многочисленные пути в практику. Привлекли к ней внимание ученых и инженеров, да и всей читающей публики. Для меня голография не только область науки, но и основа для размышлений. Судите сами: стремление запечатлеть окружающий мир — одно из наиболее характерных проявлений разума. Обезьяна иногда пользуется палкой — простейшим орудием. Но только человек научился рисовать. Современным людям живопись кажется оторванной от практики, она выступает лишь как эстетическая ценность. Но в далекой древности люди отождествляли изображение с объектом. Рисунки имели магический смысл. Рисунок, живопись явились первым методом описания, а отчасти и познания окружающего мира. Этому методу не хватает точности, свойственной математике, но он вне конкуренции по непосредственному воздействию на наши чувства, на наши мысли. Мы не знаем, как мозг распознает образы, но самая совершенная электронная машина не может пока и в слабой степени приблизиться в этом к мозгу. Несомненно, что именно рисунки постепенно стали основой пиктографической письменности, а потом превратились в иероглифы и, наконец, в буквы современных алфавитов. Нет, конечно, голография не заменит письменность. Но она позволит достичь наиболее компактной записи больших объемов информации... Есть еще одна очень интересная область, примыкающая к голографии. Некоторые физиологи предполагают, что процесс формирования образов в коре головного мозга в чем-то аналогичен образованию голограммы. В самом деле, мозг очень устойчив против повреждений. Создается впечатление, что запоминание образа происходит в нем не локально, не в определенных клетках, а глобально — все или большинство нейронов участвуют одновременно в этих процессах. И, отсекая отдельные участки коры головного мозга, мы не уничтожаем полностью какую-то часть запомненного, а лишь уменьшаем количество деталей. Ведь и в мельчайшем осколке голограммы хранится образ всего объекта, но чем меньше оставшийся кусок голограммы, тем менее подробно воспроизводится объект. Конечно, аналогия не означает тождества. Но какую-то часть истины исследователю она, несомненно, дает.