Φωτογραφία σε Τρεις Διαστάσεις
ΟΙ ΕΠΙΣΚΕΠΤΕΣ στη Βασιλική Ακαδημία Τεχνών του Λονδίνου το Μάρτιο του 1977 είδαν να επιδεικνύεται μια νέα και συναρπαστική ιδέα στον τομέα της φωτογραφίας, το φωτογραφικό θαύμα του 20ου αιώνα που ονομάζεται «ολογραφία.» Στην έκθεσι επιδεικνυόταν μια κινητή φωτογραφία τριών διαστάσεων ενός τηλεφώνου, κρεμασμένη στον αέρα και φαινόταν τόσο πραγματική που δεν θα σας παρεξηγούσαν αν επιχειρούσατε να τηλεφωνήσετε μ’ αυτό.
Η έκθεσις, που σκοπό είχε να εντυπωσιάση το κοινό με την επιστήμη και το διασκεδαστικό κόσμο των ακτίνων λέιζερ, ωνομαζόταν κατάλληλα «Φως Φανταστικό.» Όπως κατάλαβαν τελικά οι επισκέπτες, με την ολογραφία, αντί να έχη κανείς τη φωτογραφία σ’ ένα επίπεδο χαρτί, την βλέπει να προβάλλεται και στις τρεις διαστάσεις στο χώρο. Μάλιστα μπορείς να την βλέπης από διάφορες οπτικές γωνίες και να βλέπης τα διάφορα μέρη της.
Ίσως να έχετε ακούσει τη λέξι «ολογραφία» ή «ολογράφημα» σε σχέσι με τις πρόσφατες χρήσεις των ακτίνων λέιζερ στο χώρο του θεάματος. Στα θεάματα με ακτίνες λέιζερ, οι πολύχρωμες αυτές ακτίνες στροβιλίζονται ή εξακοντίζονται σε ευθείες ή συστρέφονται σύμφωνα με τη μουσική και μερικές φορές χρησιμοποιούνται τρισδιάστατες εικόνες ολογραφίας για ειδικά εφφέ.
Πώς Λειτουργεί
Η λέξις «ολογραφία» χρησιμοποιείται για να περιγράψη αυτό το μηχανισμό, επειδή το πρώτο συνθετικό «όλο» σημαίνει «ολόκληρος», «πλήρης.» Η ολογραφία αποτυπώνει τη φωτογραφία με πολύ πιο πλήρη τρόπο απ’ ό,τι με μια συνηθισμένη μηχανή.
Μπορούμε να καταλάβωμε τη βασική αρχή της ολογραφίας αν τη συγκρίνωμε με την εγγραφή ενός δίσκου και το παίξιμο αυτού του δίσκου. Φαντασθήτε, για παράδειγμα, μια συμφωνική ορχήστρα που παίζει ένα κομμάτι κλασσικής μουσικής. Οι μουσικές νότες και οι τόνοι που δημιουργούν τα διάφορα όργανα παράγουν το σύνθετο ήχο της ορχήστρας. Αυτός ο ήχος μπορεί, φυσικά, να καταγραφή με «αποτύπωσι» του ήχου με κωδική μορφή (στην πραγματικότητα αυτό γίνεται με τις παραλλαγές στο αυλάκι αποτυπώσεως του ήχου στο δίσκο). Όταν ο δίσκος παίζη, παράγεται ένας ήχος που απομιμείται τις αρχικές νότες που παρήγαγε η ορχήστρα. Έτσι αναπαράγονται τα ίδια ακριβώς ηχητικά κύματα.
Με ανάλογο τρόπο η ολογραφία καταγράφει οπτικά κύματα για να τα ανασυνθέση αργότερα. Ας δούμε πώς μπορεί να γίνη αυτό.
Κατ’ αρχήν, τι συμβαίνει όταν βλέπωμε ένα πρόσωπο, μια σκηνή ή ένα αντικείμενο; Επειδή δεν μπορούμε να δούμε στο σκοτάδι, χρειάζεται φως από τον ήλιο ή κάποια άλλη πηγή. Μάλιστα, κάθε μικροσκοπικό μέρος ενός αντικειμένου που κοιτάζομε αντανακλά το φως, αλλά σε διαφορετικές ποσότητες και σε διαφορετικά χρώματα. Έτσι παράγεται μια σύνθετη εικόνα φωτός που προέρχεται από το αντικείμενο όπως ο ήχος από την ορχήστρα. Βλέπομε το αντικείμενο όταν αυτή η εικόνα φθάση στα μάτια μας και την αποκωδικοποιήση ο εγκέφαλος.
Ας υποθέσωμε ότι τα οπτικά κύματα που στέλνει ένας φίλος απέναντί σας διακόπτονται και καταγράφονται ή «αποτυπώνονται,» όπως ο δίσκος γραμμοφώνου «αποτυπώνει» τον ήχο. Ο φίλος σας σηκώνεται και φεύγει. Όταν «ξαναπαίξη» κανείς αυτό το «δίσκο με το φως» μπορεί να αναπαραχθή η ίδια ακριβώς εικόνα και έτσι το άτομο μπορεί να φαίνεται στο μάτι και στον εγκέφαλο ότι επανεμφανίσθηκε. Επί πλέον, επειδή το αναπαραγόμενο φως είναι απομίμησις του αρχικού (όπως και στην περίπτωσι αναπαραγωγής του ήχου) η εικόνα που φαίνεται είναι τρισδιάστατη, ακριβώς όπως το άτομο.
Αυτή είναι η βασική διαφορά μεταξύ φωτογραφίας και ολογραφίας. Στη φωτογραφία δημιουργείται η επίπεδη εικόνα μιας σκηνής, ή ενός προσώπου, όπως και στον πίνακα ενός ζωγράφου, αλλά η ολογραφία αναπαράγει τα ίδια τα αρχικά οπτικά κύματα που εκπέμφθηκαν.
Πώς Γίνεται το Ολογράφημα
Η πλάκα πάνω στην οποία «αποτυπώνονται» τα οπτικά κύματα είναι γνωστή σαν «ολογράφημα.» Ουσιαστικά μοιάζει με το φιλμ μιας συνηθισμένης φωτογραφικής μηχανής, αλλά είναι καλύτερης ποιότητος και γενικά μοιάζει με μια φωτογραφική πλάκα από γυαλί.
Το σχήμα 1 δείχνει πώς γίνεται η καταγραφή των κυμάτων. Μια πλατειά δέσμη φωτός από συσκευή λέιζερ διαιρείται αρχικά στα δύο από ένα ειδικό καθρέφτη. Το ένα μέρος της (που λέγεται «ακτίνα αναφοράς») πέφτει απ’ ευθείας πάνω στη φωτογραφική πλάκα, ενώ το άλλο μέρος της φωτίζει το αντικείμενο που θα ολογραφηθή. Η σύνθετη εικόνα που αντανακλά το αντικείμενο πέφτει κι αυτή πάνω στη φωτογραφική πλάκα. Έτσι το φως πέφτει πάνω στην πλάκα από δυο διευθύνσεις, δημιουργώντας έτσι μια λεπτομερή αποτύπωσι πάνω της.
Το σχήμα 2 δείχνει πώς αναπαράγεται η εικόνα στις 3 διαστάσεις. Πρώτα γίνεται η εμφάνισις πάνω στην πλάκα (όπως στη συνηθισμένη φωτογραφία) και απομακρύνεται το αντικείμενο. Τώρα εξαποστέλλεται μία μόνο ακτίνα φωτός πάνω στην πλάκα. Το φως διαπερνά την πλάκα, αλλά ταυτόχρονα διαμορφώνεται από την εικόνα που είναι εμφανισμένη πάνω στην πλάκα. Το αποτέλεσμα είναι ότι, η φωτεινή δέσμη που εξέρχεται από την πλάκα, παίζει το ρόλο του αρχικού φωτός που είχε ξεκινήσει από το αντικείμενο και έτσι αυτό φαίνεται να επανεμφανίζεται. Για τον παρατηρητή, η φωτογραφική πλάκα μοιάζει μ’ ένα παράθυρο μέσα από το οποίο βλέπει το αντικείμενο στερεοσκοπικά. Όταν κοιτάζη απ’ αυτό το «παράθυρο» σε διαφορετικές κατευθύνσεις, βλέπει το αντικείμενο από διαφορετικές γωνίες. Η εικόνα φαίνεται τόσο ζωντανή, αληθινή που όποιος τη βλέπει μπορεί να μπη στον πειρασμό να απλώση το χέρι να την αγγίξη, αλλά, φυσικά, δεν πιάνει τίποτα!
Ενδιαφέρουσες Ιδιότητες
Τα ολογραφήματα και οι εικόνες που παράγουν έχουν πολλές περίεργες και συναρπαστικές ιδιότητες. Η πλάκα του ολογραφήματος ισοδυναμεί, στην ολογραφία, με τα αρνητικά που παίρνει κανείς σ’ ένα συνηθισμένο φιλμ. Ωστόσο, σε ωρισμένα χαρακτηριστικά είναι τελείως διαφορετική. Για παράδειγμα, αν έχετε μερικά αρνητικά ασπρόμαυρων φωτογραφιών, κοιτάξτε τα στο φως και θα παρατηρήσετε ότι περιέχουν τη φωτογραφία (μάλιστα με αντίστροφο τρόπο—τα σκοτεινά μέρη της φαίνονται ανοικτού χρώματος και αντιστρόφως). Κοιτάξτε και μια πλάκα ολογραφήματος στο φως και θα διαπιστώσετε ότι σε τίποτε απολύτως δεν μοιάζει με οποιαδήποτε εικόνα. Μόνο στο μικροσκόπιο φαίνονται οι σχετικές πληροφορίες, αλλά ακόμη και τότε, μοιάζουν με ακατανόητες μπερδεμένες γραμμές και μουτζούρες.
Αν σ’ ένα συνηθισμένο αρνητικό καταστραφή ή κοπή ένα μέρος του, τότε, προφανώς, αυτό το μέρος της φωτογραφίας θα βγη κατεστραμμένο ή θα λείπη από τη φωτογραφία που θα εμφανίσωμε απ’ αυτό το αρνητικό. Κομματιάστε όμως τη γυάλινη πλάκα του ολογραφήματος και θα εκπλαγήτε. Όλη η εικόνα μπορεί να ανασυντεθή από οποιοδήποτε κομματάκι! Η ποιότητα μόνο θα είναι κάπως κατώτερη κι αυτό εξαρτάται από το μέγεθος του κομματιού. Εν πάση περιπτώσει η εικόνα θα βγαίνη πάντοτε πλήρης!
Με πολλούς τρόπους μπορεί να διαπιστώση κανείς το πόσο πραγματική φαίνεται η εικόνα που παράγουν τα ολογραφήματα στις 3 διαστάσεις. Αν αλλάξετε θέσι καθώς κοιτάζετε από το «παράθυρο» (τη γυάλινη πλάκα του ολογραφήματος), η προοπτική της εικόνας που βλέπετε αλλάζει, όπως θα γινόταν κι αν κοιτάζατε το πραγματικό αντικείμενο. Αν κάτι στο μπροστινό μέρος της εικόνας κρύβη ένα αντικείμενο πίσω του, τότε κινώντας το κεφάλι σας προς τα πλάγια μπορείτε να δήτε το αντικείμενο που ήταν κρυμμένο πριν. Θα διαπιστώσετε επίσης ότι τα μάτια σας εστιάζουν διαφορετικά αναλόγως του αν βλέπετε κάτι κοντινό ή κάτι μακρυνό στην εικόνα αυτή και αν έχετε μυωπία τότε τα ματογυάλια σας θα βοηθήσουν!
Ένα ενδιαφέρον εφφέ δημιουργείται όταν ολογραφήται ένα διαμαντένιο, ας πούμε, δαχτυλίδι. Στην εικόνα του ολογραφήματος το διαμάντι αντανακλά το φως με τις επιφάνειές του και αυτές εμφανίζονται και εξαφανίζονται καθώς ο παρατηρητής μετακινεί το κεφάλι του—ακριβώς όπως γίνεται και με το αληθινό διαμάντι!
Με λίγα λόγια, η εικόνα που ανασυντίθεται έχει όλες τις οπτικές ιδιότητες του πραγματικού αντικειμένου.
Μερικές Βελτιώσεις
Αν και οι βασικές αρχές της ολογραφίας είναι γνωστές εδώ και 30 χρόνια (η ολογραφία εφευρέθηκε από τον Ντέννις Γκαμπόρ το 1948), χρειάσθηκε να εφευρεθούν οι ακτίνες λέιζερ τη δεκαετία του 1960 για να καταδειχθούν πλήρως οι δυνατότητες της ολογραφίας. Η συσκευή λέιζερ είναι μια πηγή καθαρού, κανονικού ή «συμφώνου,» όπως λέγεται, φωτός και, γενικά, αυτός ο τύπος φωτός χρειάζεται για να αποτυπωθούν σε ολογράφημα τα αντικείμενα 3 διαστάσεων. Ωστόσο, η χρησιμοποίησις λέιζερ έχει μειονεκτήματα όταν πρόκειται για πρακτικές εφαρμογές της ολογραφίας. Κοστίζουν πολύ και σε μερικές περιπτώσεις βλάπτουν. Μήπως θα μπορούσε να περιορισθή στο ελάχιστο η χρήσις τους με κάποιο τρόπο;
Μια σοβαρή πρόοδος σ’ αυτό το θέμα έγινε από το Ρώσο ερευνητή Γ. Ν. Ντένισουκ. Αυτός είχε την θαυμάσια ιδέα να συνδυάση την ολογραφία μ’ ένα τύπο έγχρωμης φωτογραφίας που εφευρέθηκε από τον Γάλλο φυσικό Γκάμπριελ Λίππμανν το 1891. Με την ιδέα του Ντένισουκ, ενώ εξακολουθεί να χρειάζεται λέιζερ για να αποτυπωθή το ολογράφημα (Σχήμα 1), κατά την ανασύνθεσι όμως της εικόνας (Σχήμα 2) το λέιζερ μπορεί να αντικατασταθή από μια συνηθισμένη λυχνία φωτός. Επί πλέον, με τη χρήση τριών λέιζερ κατά την αποτύπωσι, που να αντιστοιχούν στα τρία κύρια χρώματα (κόκκινο, πράσινο και γαλάζιο), το ολογράφημα παράγει μια εικόνα με όλα της τα χρώματα.
Υπάρχει ένας μάλλον ειδικός τρόπος, γνωστός σαν «πολλαπλή τεχνική,» όπου μπορεί να αποφευχθή πλήρως η χρήσις λέιζερ. Μ’ αυτή τη μέθοδο το ολογράφημα γίνεται από πάρα πολλές συνηθισμένες φωτογραφίες. Για παράδειγμα, ένα άτομο κάθεται σε μια αργά περιστρεφόμενη πλατφόρμα και μια συνηθισμένη κινηματογραφική μηχανή λήψεως παίρνει εκατοντάδες φωτογραφίες, αποτυπώνοντας την εικόνα του ατόμου απ’ όλες τις διευθύνσεις. Οι φωτογραφίες κατόπιν συντίθενται σ’ ένα και μόνο ολογράφημα απ’ όπου μπορεί να αναπαραχθή μια εικόνα στις 3 διαστάσεις. Αυτή η τεχνική κατέστησε δυνατό να αποτυπώνεται κάπως και η κίνησις κι έτσι να φανή ότι κινεί το χέρι του ή ότι στέλνει ένα χαμόγελο. Μοιάζει λίγο με τα πρώτα χρόνια του κινηματογράφου, αλλά αυτή τη φορά στις 3 διαστάσεις!
Πρακτικές Εφαρμογές
Το να δημιουργή και να βλέπη κανείς ολογραφήματα είναι συναρπαστικό, αλλά τι πρακτικές εφαρμογές έχει η ολογραφία;
Θα μπορούσε κανείς αμέσως να σκεφθή τρισδιάστατες κινηματογραφικές και τηλεοπτικές ταινίες, όπου η ολογραφία θα έδειχνε τα πάντα με τον μεγαλύτερο ρεαλισμό, σαν αληθινά. Αν και από απόψεως αρχής είναι δυνατή η δημιουργία ενός τέτοιου συστήματος, προς το παρόν η πραγματοποίησίς της είναι υπόθεσις του μέλλοντος. Το πρόβλημα οφείλεται στον τεράστιο αριθμό πληροφοριών που περιέχει η πλάκα του ολογραφήματος. Σε μια πλάκα ολογραφήματος 200 τετραγωνικών χιλιοστών μπορούν να καταγραφούν πληροφορίες 300.000 φορές περισσότερες απ’ ό,τι σε μια εικόνα που προβάλλει στιγμιαία η τηλεόρασις. Τα σημερινά τηλεοπτικά συστήματα επ’ ουδενί δεν μπορούν να επεξεργασθούν τόσες πληροφορίες.
Προς το παρόν, βρίσκει εφαρμογές στις επιδείξεις και σαν διαφημιστικό μέσον. Μια εταιρία που παράγει τις περισσότερες αφίσσες στον Υπόγειο Σιδηρόδρομο του Λονδίνου έδειξε ενδιαφέρον για τη χρήσι ολογραφημάτων για διαφημιστικούς σκοπούς. Και ο πλασιέ του μέλλοντος ίσως να μεταφέρη μαζί του ολογραφήματα που να δείχνουν τα ογκώδη και βαριά προϊόντα.
Στα μουσεία, οι θησαυροί μπορούν να αντικατασταθούν με τα αντίγραφά τους που θα αναπαράγωνται με ολογραφήματα. Αυτή η τεχνική εφαρμόσθηκε αρχικά στην Ε.Σ.Σ.Δ., και το Μουσείο Ερμιτάζ του Λένινγκραντ δημιουργεί τώρα μια βιβλιοθήκη από ολογραφήματα για να τα δανείση σε άλλα μουσεία. Η δημιουργία τρισδιάστατων πορτραίτων αναμφίβολα θα αποτελέση μια σπουδαία εφαρμογή στο κοντινό μέλλον.
Η ολογραφία έχει επίσης βρει μερικές σπουδαίες εφαρμογές στη βιομηχανία και στην έρευνα. Για παράδειγμα, κατά την παραγωγή κυλίνδρων μεγάλης ακρίβειας για τα αυτοκίνητα, μπορεί να γίνουν ολογραφήματα ενός τέλειου τύπου. Κατόπιν η εικόνα του ολογραφήματος τοποθετείται πάνω στους κυλίνδρους που παράγονται στη διαδικασία παραγωγής· οποιαδήποτε σφάλματα ή ελλείψεις αμέσως ξεχωρίζουν αφού περισσεύουν χαρακτηριστικά. Μπορούν να ανιχνευθούν λάθη στο σχήμα, της τάξεως του ενός μικρού. (Ένα μικρόν είναι ένα εκατομμυριοστό του μέτρου!)
Στην έρευνα, τα γεγονότα που συμβαίνουν πάρα πολύ γρήγορα, ώστε να μη τα συλλαμβάνη το μάτι, μπορούν να ολογραφηθούν με τη χρήσι παλλομένων λέιζερ. Οι συσκευές παλλομένων λέιζερς, σαν μεγάλα φλας που τοποθετούνται σε ολογραφικές μηχανές λήψεως, εκπέμπουν δέσμες φωτός που διαρκούν μόνο μια στιγμή. Για παράδειγμα, οι λέιζερ με βάσι το ρουμπίνι, μπορεί να εκπέμψη μια λάμψι που διαρκεί μόνο 0,00000003 του δευτερόλεπτου! Η λάμψις φωτός μ’ ένα αποτελεσματικό τρόπο πιάνει ένα γεγονός που διαρκεί λιγότερο από το ένα εκατομμυριοστό του δευτερόλεπτου, ή παγώνει την κίνησι ενός αντικειμένου που κινείται με τρομερή ταχύτητα. Το γεγονός αυτό αναπαράγεται στην ολογραφική εικόνα. Μπορούν επίσης να μελετηθούν κραδασμοί αντικειμένων, όπως μηχανημάτων ή μουσικών οργάνων, η μέθοδος δε της ολογραφίας προσφέρει και τη δυνατότητα αναλύσεως χημικών αντιδράσεων που γίνονται ταχύτατα.
Η ολογραφία είναι μια μάλλον δαπανηρή και όχι εύκολη υπόθεσις σε σύγκρισι με τη συνηθισμένη φωτογραφία. Επίσης έχει κάποιους περιορισμούς, προς το παρόν, όσον αφορά το μέγεθος του ολογραφήματος που μπορεί να γίνη. Έτσι, η ολογραφία δεν έχει αντικαταστήσει τη φωτογραφία, αλλά αποτελεί μια προηγμένη μορφή φωτογραφίας που χρησιμοποιείται σε ειδικούς τομείς. Αντιπροσωπεύει μια ακόμη χρήσι των φυσικών νόμων—νόμων δηλαδή του Δημιουργού—προς όφελος και απόλαυσι του ανθρώπινου γένους. Όσο θα γίνονται περισσότερες βελτιώσεις στη διαδικασία της ολογραφίας και στη μείωσι του κόστους, δεν υπάρχει αμφιβολία ότι θα παρουσιασθούν νέες ιδέες για την εκμετάλλευσι της ολογραφίας με τρόπο που να επηρεασθή η ζωή μας περισσότερο απ’ όσο τώρα.
[Διαγράμματα στη σελίδα 13]
(Για το πλήρως μορφοποιημένο κείμενο, βλέπε έντυπο)
ΣΧΗΜΑ 1
Καθαρό φως από συσκευή λέιζερ
Καθρέφτης που διαθλά την ακτίνα
Μια δέσμη φωτός πέφτει στην πλάκα από δυο διευθύνσεις
ΟΛΟΓΡΑΦΗΜΑ
Γυάλινη πλάκα
Αντικείμενο στις 3 διαστάσεις
Διαφανές φωτογραφικό γαλάκτωμα
[Διάγραμμα]
ΣΧΗΜΑ 2
Από συσκευή λέιζερ
ΟΛΟΓΡΑΦΗΜΑ
Είδωλο του αντικειμένου στις 3 διαστάσεις
ΜΑΤΙ: βλέπει το είδωλο στις 3 διαστάσεις ολόιδιο με το αντικείμενο στις 3 διαστάσεις