Габор первым противопоставил скудость фотоизображения богатству информации, содержащейся в световом или электронном потоке. Он же указал путь преодоления этого разрыва.
Удача Габора
Путь, предложенный Габором, и сейчас кажется парадоксальным. Он состоял из нескольких скачков.
Первый — отказ от применения линз, ибо, формируя изображение одной плоскости объекта, линзы приводят к потере информации об остальной, причем большей, его части.
Второй — фиксирование на фотоэмульсии не изображения объекта, а по возможности всей информации о нем, переносимой пучком электронов или лучами света.
Третий — использование записанной информации для того, чтобы впоследствии создавать пучки света, несущие в себе всю эту информацию.
И четвертый — формирование при помощи этих пучков света изображения того объекта, информация о котором была зафиксирована в первой стадии процесса.
Габор подчеркивал, что радикальное отличие нового метода от обычной фотографии, которая записывает на фотоэмульсии изображение предмета в один прием, состоит в том, что процесс получения изображения разбит на два этапа, происходящих в различные моменты и совершенно независимо. Сперва на фотоэмульсию записывается информация об объекте, содержащаяся в потоке света или электронов, взаимодействующих с объектом. После проявления записанная информация может храниться сколь угодно долго, и, когда нужно, можно приступить ко второму этапу — воссозданию изображения на основе этой информации. Габор назвал свой метод голографией, прибегнув, как обычно, к греческому языку. «Голограмма» означает «полная запись». Воссоздание изображения при помощи голограммы он назвал «реконструкцией».
Рассматривая голограмму невооруженным глазом или даже под микроскопом, на ней невозможно обнаружить никакого изображения объекта. Невооруженному глазу пластинка представляется просто испорченной. Под микроскопом на ней можно увидеть хаотическое скопление мельчайших пятнышек, образующих кое-где узоры, напоминающие рябь, поднимаемую порывистым ветром на поверхности тихого пруда.
Всякому, имеющему хоть малейший опыт в фотографии, ясно, что получить такую запись, попросту поместив фотоэмульсию на пути потока электронов или света, взаимодействовавших с объектом, нельзя. Фотоэмульсия, реагирующая лишь на интенсивность потока, сама по себе способна зафиксировать только ничтожно малую часть информации, заключенной в этом потоке. Наивная попытка такого рода неизбежно приведет к порче пластинки. Она будет засвечена, скажет фотолюбитель.
Для того чтобы записанная информация оказалась более полной, необходимо принять особые меры. Заслуга Габора определяется тем, что он не только понял слабость известных методов, но предложил новый и нашел путь его реализации.
Габор первоначально имел дело с электронным микроскопом. Но его идеи весьма универсальны и применимы ко всем случаям, когда информация о каком-либо объекте переносится волнами. Это могут быть и звуковые волны. Электронный микроскоп лишь частный случай. Для его действия существенно, что электроны подчиняются волновым закономерностям. Волновые свойства электронов доминируют в электронном микроскопе в такой же мере, как их корпускулярные свойства играют основную роль в работе радиоламп и фотоэлементов.
Готовясь к докладу на семинаре, Виктор внимательно изучил те статьи Габора, которые ему удалось найти.
Его, как и Денисюка, захватили работы Габора, заинтересовала сама личность ученого. Их обоих удивили и разносторонность интересов Габора, и широта подхода к казалось бы локальным проблемам. Он показался обоим личностью обаятельной и несколько даже загадочной. Даже биография шестидесятилетнего ученого была необычной и удивляла непоследовательной щедростью и расточительностью научных идей. И Денисюк и Виктор много думали о нем, гадали о его научных перспективах. Доклад получился общим.
Для того чтобы рассказать товарищам, как волновая сущность электронов проявляется в электронном микроскопе, и передать всю глубину идей Габора, Виктор смог обойтись без помощи квантовой физики и даже без ссылок на ранний вариант квантовой механики — волновую теорию де Бройля.
— Достаточно лишь принять, — сказал он в предисловии, — как опытный факт, что все то, что при работе оптического микроскопа является результатом действия световых волн, наблюдается и в электронном микроскопе. Все, за исключением масштаба. Ибо длина волн видимого света лежит в пределах от 0,4 до 0,8 микрона, в то время как волны, связанные с электронами, много короче.
Шутки русалки
Свой рассказ Виктор начал не со света, а с волн, бегущих по поверхности воды после падения камня. Он призвал на помощь маленьких гномиков, живущих на берегу пруда и неспособных видеть, что происходит в его середине.
— Если они будут, — говорил Виктор, — в безветренную погоду наблюдать за волнами, приходящими к берегу, они смогут узнать многое. Например, если волны имеют форму кусков окружности, значит они вышли из какого-то центра. Определив, как идут касательные в двух точках этой волны, гномы легко выяснят не только расстояние до точки, из которой вышла волна, но и ее точное положение на поверхности пруда.
— А теперь представьте себе, — продолжал он, — что русалка, живущая в этом пруду, захотела подшутить над нашими гномами, слишком хваставшими своим умением. Взяв у Амура его лук, она прицелилась в гнома, но вместо того, чтобы выпустить разящую стрелу, повернула лук горизонтально и ударила им по поверхности воды. Вы представляете себе, каким русалочьим смехом она залилась, когда бесхитростный гном сообщил ей точные координаты падения камня? И как она с самоуверенностью первокурсницы доказывала, что лук, согнутый по форме части окружности, возбудил волну, которую невозможно отличить от порожденной камнем, если наблюдать ее лишь в малом участке удаленного берега. И ведь она права, — уже серьезно заключил Виктор, — даже миллионы гномов, став плечом к плечу вокруг всего пруда, не смогут сказать, упал ли на поверхность воды камень, или красавица забросила туда свой обруч.
Мораль проста. Зная, какая информация передается волной, можно создать точно такую же волну иным способом и воспроизвести эту информацию еще раз, не повторяя события, бывшего ее первоначальным источником.
Два камня, одновременно упавшие в воду, возбудят две кольцевые системы волн. Чем больше камней, тем сложнее картина, образуемая волнами. Но, зная законы физики и проведя достаточно внимательно необходимые наблюдения, можно не только выяснить, в каких точках должны были падать камни, но и воспроизвести эти волны, воздействуй на поверхность воды шаблонами соответствующей формы.
Именно такую задачу поставил и решил Габор. Он нашел способ зафиксировать волну, взаимодействовавшую с объектом наблюдения, так, чтобы можно было впоследствии воспроизводить такую же волну сколь угодно много раз. Габор определил, насколько подробно необходимо фиксировать информацию о записываемой волне, чтобы реконструируемая волна воспроизводила сведения об объекте. Он указал, каким путем достичь поставленной цели, и на опыте подтвердил правильность нового метода.
Для того чтобы зафиксировать световую волну, отображающую объект, он ставил на ее пути фотопластинку и направлял на нее также часть света прямо от источника, освещавшего объект. Складываясь между собой, обе эти волны образовывали систему стоячих волн, которая и фиксировалась в эмульсии после ее проявления в виде системы мельчайших темных и светлых полосок. Так получалась голограмма. Потом Габор направлял на голограмму свет от того же источника. И происходила поразительная вещь. Темные полоски голограммы устраняли из света все лишнее, все то, что не несло информацию о предмете. А пропускали через себя лишь точно такие же световые волны, которые при получении голограммы попадали на нее от объекта.
