Hologramme

Wie Hologramme funktionieren

Foto: Die Taube auf diesem Kreditkarten-Hologramm scheint sich zu drehen, wenn man die Karte im Licht neigt.

Laserlicht ist viel reiner als das gewöhnliche Licht in einem Taschenlampenstrahl.

In einem Taschenlampenstrahl sind alle Lichtwellen zufällig und durcheinander. In einem Taschenlampenstrahl laufen alle Lichtwellen zufällig und durcheinander, wie Schulkinder, die einen Korridor entlang rennen, wenn die Glocke zum Feierabend läutet.

Wenn ein Laserstrahl geteilt wird, um ein Hologramm zu erzeugen, bewegen sich die Lichtwellen in den beiden Teilen des Strahls auf die gleiche Weise. Wenn sie sich in der Fotoplatte wieder vereinigen, hat der Objektstrahl einen etwas anderen Weg zurückgelegt und seine Lichtstrahlen sind durch die Reflexion an der äußeren Oberfläche des Objekts gestört worden. Da die Strahlen ursprünglich zusammengefügt und perfekt aufeinander abgestimmt waren, zeigt die Rekombination der Strahlen, wie die Lichtstrahlen im Objektstrahl im Vergleich zum Referenzstrahl verändert wurden. Mit anderen Worten: Indem man die beiden Strahlen wieder zusammenfügt und vergleicht, kann man sehen, wie das Objekt die Lichtstrahlen verändert, die auf es fallen – und das ist einfach eine andere Art zu sagen, „wie das Objekt aussieht“. Diese Information wird durch die Laserstrahlen dauerhaft in die fotografische Platte eingebrannt. Ein Hologramm ist also eine permanente Aufzeichnung dessen, wie etwas aus jedem Winkel aussieht.

Jetzt kommt der clevere Teil. Jeder Punkt in einem Hologramm fängt Lichtwellen ein, die von jedem Punkt des Objekts ausgehen. Das bedeutet, wo immer Sie auf ein Hologramm schauen, sehen Sie genau, wie das Licht an diesem Punkt angekommen wäre, wenn Sie auf das reale Objekt geschaut hätten.

Wenn Sie also Ihren Kopf bewegen, scheint sich das holografische Bild genauso zu verändern, wie sich das Bild eines realen Objekts verändert. Und deshalb erscheinen Hologramme dreidimensional. Wenn Sie ein Hologramm in winzige Stücke brechen, können Sie immer noch das gesamte Objekt in jedem der Stücke sehen: Zerschlagen Sie ein Glashologramm einer Tasse in Stücke und Sie können immer noch die gesamte Tasse in jedem der Stücke sehen!(Sie können eine Demonstration in diesem großartigen Video über das Zerschneiden eines Hologramms sehen, und Hyperphysics hat eine detailliertere Erklärung, was genau wir meinen, wenn wir sagen „ein Stück eines Hologramms enthält das ganze Objekt“.)

Wofür können wir Hologramme verwenden?

Foto: Das Hologramm auf dieser DVD-Hülle soll Urheberrechtspiraterie abschrecken.

Bis in die 1980er-Jahre waren Hologramme eine etwas verrückte wissenschaftliche Idee, dann fand jemand einen Weg, sie auf Metallfolie zu drucken, und sie wurden zu einer unglaublich wichtigen Form der Sicherheit. Richtige Glashologramme sehen viel beeindruckender aus als die winzigen metallischen, die man auf Geldscheinen und Kreditkarten sieht, und man sieht sie oft bei Schmuck oder anderen dekorativen Gegenständen: Man kann sich sogar Hologrammbilder an die Wand hängen, mit Augen, die einem wirklich durch den Raum folgen! In den 1980er Jahren projizierte ein britisches Theater sogar ein Hologramm von Laurence Olivier auf die Bühne, um dem (damals schon recht betagten) Schauspieler die Mühe zu ersparen, jeden Abend persönlich zu erscheinen.Viele Künstler haben mit der Herstellung holografischer Bilder experimentiert, darunter auch der spanische Surrealist Salvador Dali. Hologramme haben auch wichtige medizinische und wissenschaftliche Anwendungen. In einer Technik namens holographische Interferometrie können Wissenschaftler ein Hologramm von etwas wie einem Motorteil erstellen und es als „dreidimensionales Foto“ für spätere Zwecke speichern. Wenn sie zu einem späteren Zeitpunkt ein weiteres Hologramm des Motorenteils anfertigen, zeigt der Vergleich der beiden Hologramme schnell alle Veränderungen im Motor, die auf Verschleißerscheinungen oder einen bevorstehenden Ausfall hindeuten könnten.

Noch hat niemand einen guten Weg gefunden, bewegte Bilder mit Hologrammen zu machen, aber das ist wahrscheinlich nur eine Frage der Zeit. Wenn das passiert, können wir uns auf dreidimensionales holografisches Fernsehen und eine ganz neue Ära superrealistischer Unterhaltung freuen!

Wer hat das Hologramm erfunden?

Artwork: Dennis Gabors Originalskizze seines holografischen Apparats aus den 1950er Jahren. Monochromatisches Licht (gelb) tritt unten ein (1), durchläuft verschiedene Prismen (blau) und Linsen (grau) und wird in zwei Strahlen aufgeteilt. Der Objektstrahl mit geringer Intensität auf der linken Seite durchläuft die Probe auf einem Objektträger (rot, 10); der Referenzstrahl mit hoher Intensität auf der rechten Seite läuft parallel weiter, ohne die Probe zu berühren. Die Strahlen werden in einer fotografischen Platte (21/22) oben rekombiniert, nachdem sie durch weitere Linsen (grau) und Prismen (blau) gelaufen sind. Kunstwerk aus US-Patent Nr. 2.770.166: Improvements in and relating to optical apparatus for producing multiple interference patterns von Dennis Gabor, mit freundlicher Genehmigung des US Patent and Trademark Office.

Hologramme wurden von einem brillanten, in Ungarn geborenen Physiker namensDennis Gabor (1900-1979) erfunden, während er in Großbritannien arbeitete. Er forschte in den 1940er Jahren auf dem Gebiet der optischen Physik und führte in den frühen 1950er Jahren seine bahnbrechende Arbeit in der Holografie durch. Das Bemerkenswerte an seiner Erfindung ist, dass sie ihrer Zeit um viele Jahre voraus war: Die Laser, die die Holografie praktikabel machten, kamen erst in den 1960er Jahren auf. Wie Gabors zahlreiche Patente zeigen, war er ein produktiver Erfinder mit weitreichenden Interessen in vielen verschiedenen Bereichen der Physik: In den 1930er Jahren erfand er neuartige Elektronenvervielfacher und Kathodenstrahlröhren; in den 1940er Jahren experimentierte er mit Fotografie und Projektion, was ihn auf den Weg zur Holografie brachte; spätere Erfindungen umfassten Verbundstoffe für den Einsatz in Fernsehgeräten und verschiedene Innovationen bei der Aufnahme und Übertragung von Ton. Gegen Ende seines Lebens wurde Gabors brillanter Beitrag durch die Verleihung des weltweit höchsten Wissenschaftspreises, des Nobelpreises für Physik 1971, „für seine Erfindung und Entwicklung der holografischen Methode“ gewürdigt.“