Fotografía en tres dimensiones
Por el corresponsal de “¡Despertad!” en las Islas Británicas
VISITANTES a la Real Academia de Artes de Londres en marzo de 1977 vieron demostrado un nuevo y fascinador concepto de la fotografía, un milagro fotográfico del siglo veinte que se llama “holografía.” Se tenía exhibida allí, suspendida en el aire, la imagen tridimensional flotante de un teléfono, y se parecía tanto al instrumento verdadero que nadie hubiese tachado de iluso al que hubiese tratado de utilizarlo.
La exhibición, preparada para impresionar al público con el aspecto científico y divertido de los rayos laser, recibió el nombre apropiado de “Fantasía lumínica.” Como llegaron a comprender los visitantes, en la holografía, en vez de tener el cuadro en una tarjeta plana, la imagen se proyecta al espacio en su plena forma tridimensional. Uno puede, de hecho, ver la imagen desde posiciones distintas y ver las diferentes partes de ella.
Cómo funciona
Se emplea la palabra “holografía” para describir el procedimiento, porque el prefijo “holo” significa “entero” o “completo.” La holografía saca la fotografía de una manera mucho más completa que la que se puede lograr con una cámara ordinaria.
Podemos entender el principio básico detrás de la holografía si lo comparamos con la grabación y reproducción de sonidos. Considere, por ejemplo, una orquesta sinfónica que esté tocando una pieza de música clásica. Las notas y tonos musicales generados por los diferentes instrumentos resultan en un complejo patrón de sonidos que proviene de la orquesta. Por supuesto, este patrón se puede grabar, pues el disco “almacena” el sonido en forma cifrada (realmente por variaciones en los surcos). Cuando se toca el disco, se produce un patrón de sonido que es el duplicado de las notas originales que vinieron de la orquesta. Se han vuelto a generar las mismas ondas sonoras.
De manera parecida, la holografía registra las ondas de luz para reconstrucción posterior. Veamos cómo es posible esto.
En primer lugar, ¿qué está envuelto en ver a otra persona, o en ver una escena u objeto? Puesto que no podemos ver en la oscuridad, se precisa luz del Sol o de alguna otra fuente. De hecho, cada parte diminuta de un objeto al que estemos mirando refleja la luz, pero en cantidades diferentes y en colores diferentes. Así se produce un patrón de luz complejo, que proviene del objeto tal como el sonido provino de la orquesta. Vemos el objeto cuando este patrón llega a nuestros ojos y el cerebro lo interpreta.
Supongamos que el patrón de ondas de luz que proviene de un amigo que está sentado frente a usted es interrumpido y registrado o “almacenado,” como el “almacenamiento” del sonido por el disco del gramófono. Su amigo se levanta y se va. Entonces, al “tocar” este “disco de luz” se puede volver a generar el mismo patrón de luz y, así, al ojo y al cerebro les parecería que la persona habría vuelto a aparecer. Además, puesto que la luz regenerada produce el duplicado del original (como en el caso de la reproducción de sonidos), la imagen que se ve está en su plena forma tridimensional, exactamente como la persona.
Esta es la principal diferencia entre fotografía y holografía. En la fotografía se hace una imagen plana de una escena o de una persona, como la pintura de un artista, pero la holografía reconstruye el patrón original de las ondas de luz mismas.
Cómo se hace el holograma
Al “disco” en el cual “se almacenan” las ondas de luz se le conoce como “holograma.” Se parece esencialmente a la película de una cámara común, pero es de mejor calidad y generalmente tiene la forma de una placa fotográfica hecha de cristal.
La Figura 1 muestra cómo se registra la imagen. Primero un haz de luz dilatado de un laser se divide en dos partes por medio de un espejo especial. Una parte (que se llama el “haz de referencia”) llega directamente a la placa fotográfica, mientras que la otra parte ilumina el objeto que se va a holografiar. Entonces el patrón complejo de luz que se refleja del objeto también llega a la placa fotográfica. Así a la placa le está llegando luz desde dos direcciones, y esto resulta en producir en la placa un registro muy detallado del patrón.
La Figura 2 muestra cómo se efectúa el procedimiento de reproducción o restitución para dar la imagen tridimensional. Primero se revela la placa (como se hace en la fotografía clásica) y se remueve el objeto. Entonces se dirige un solo haz de luz sobre la placa. La luz atraviesa la placa, pero al hacerlo es modificada por el patrón que se ha fijado en la placa. El resultado es que la luz que sale es el duplicado exacto de la luz original que vino del objeto, y, así, se da la impresión de que el objeto reaparece. Para el observador, la placa fotográfica es como una ventana por la cual se ve el objeto en toda su profundidad. Al mirar por la “ventana” en diferentes direcciones, el objeto se ve desde ángulos diferentes. La imagen manifiesta tan vívido realismo que el observador puede sentirse tentado a extender la mano y tocarla; ¡pero, por supuesto, no hay nada allí!
Propiedades interesantes
Los hologramas y las imágenes que éstos producen tienen muchas propiedades curiosas y fascinantes. En la holografía, la placa del holograma equivale a los negativos que se obtienen de la película común. No obstante, en ciertos aspectos es muy diferente. Por ejemplo, si usted tiene a su disposición unos negativos en blanco y negro, póngalos a contraluz y notará que contienen la foto (de hecho, en forma invertida... las partes oscuras están claras y las partes claras oscuras). Ponga a contraluz la placa del holograma y descubrirá que no se asemeja en absoluto a ninguna foto. Es solo bajo un microscopio que se puede ver la información pertinente, pero, aun entonces, lo único que se ve es un patrón muy irregular e ininteligible de líneas, borrones y espirales.
Si se daña o se elimina parte de un negativo ordinario, entonces, obviamente, esa porción de la foto queda arruinada o falta de las copias que se hagan de ese negativo. Sin embargo, rompa la placa de cristal del holograma, y recibirá una sorpresa. ¡La entera imagen puede ser reconstruida de cualquiera de los pedazos! La calidad sufrirá un poco, según el tamaño del pedazo. No obstante, ¡la imagen siempre estará completa!
El realismo tridimensional de la imagen que se produce de los hologramas se evidencia de varias maneras. Si el observador cambia la posición desde la cual mira por la “ventana” (la placa de cristal del holograma), la perspectiva de la imagen cambia, tal como cambiaría si el observador estuviera viendo la escena original. Si un objeto que se halla en el primer plano del cuadro no permite ver algo que se halle detrás de él, entonces el observador, al mover la cabeza a un lado, podrá ver más allá de la obstrucción y observar el objeto oculto. Al observador también se le hará necesario ajustar la vista al mirar a puntos cercanos y lejanos de la escena, y, si es corto de vista, ¡entonces sus lentes le ayudarán!
Ocurre un efecto interesante si, digamos, se holografía un diamante engastado en un anillo. En la imagen holográfica el diamante refleja destellos de luz desde sus facetas, y éstos aparecen y desaparecen según mueva la cabeza el observador... ¡exactamente como un diamante verdadero!
En resumen, la reconstrucción tiene todas las propiedades visuales del objeto verdadero.
Algunos adelantos
Aunque hace más de 30 años que se conocen los principios básicos de la holografía (la holografía fue inventada por Dennis Gabor en 1948), no fue sino hasta la invención del laser en los años sesenta que pudieron demostrarse a grado cabal las posibilidades de la holografía. El laser es una fuente de luz pura, regular o “coherente” y, por lo general, se necesita una luz de este tipo para registrar hologramas de objetos tridimensionales. Sin embargo, cuando se consideran las aplicaciones prácticas de la holografía, el uso del laser tiene ciertas desventajas. Es costoso y en algunos casos peligroso. ¿Pudiera minimizarse el uso del laser de alguna manera?
El investigador ruso Yu. N. Denisyuk logró un adelanto de importancia respecto a esto. Dio con la idea asombrosa de combinar la holografía con una forma de fotografía de colores inventada en 1891 por el físico francés Gabriel Lippmann. Aunque la idea de Denisyuk todavía exige el uso del laser para registrar el holograma (Figura 1), en el procedimiento de reconstrucción o restitución (Figura 2) se puede reemplazar el laser con una bombilla ordinaria. Además, si al registrar el holograma se emplean tres rayos de luz de laser, que correspondan a los tres colores primarios (rojo, verde y azul), el holograma produce una imagen a todo color.
Hay un procedimiento bastante especial que permite evitar por completo el uso del laser, y a éste se le conoce por el nombre de “técnica multiplex.” En este método, el holograma se hace de una gran cantidad de fotografías normales. Por ejemplo, una persona está sentada en una plataforma que gira lentamente, y una cámara cinematográfica ordinaria toma centenares de fotogramas y registra la apariencia de la persona desde toda dirección. Entonces se sintetizan los fotogramas en un solo holograma del cual se puede reconstruir una imagen tridimensional. La técnica ha hecho posible registrar cierto grado de movimiento en el holograma; se puede ver a la persona mover la mano o sonreír. ¡Es algo parecido a los días del estreno de la cinematografía, pero esta vez todo se ve en tres dimensiones!
Aplicaciones prácticas
Es fascinante hacer y ver hologramas, pero ¿qué aplicaciones prácticas tiene la holografía?
Puede que uno piense inmediatamente en la visualización tridimensional en las películas y en la televisión como un campo en que la holografía proveería un máximo de realismo. Aunque en principio exista la posibilidad de producir tal sistema, por el momento está muy lejos de ser realizado. El problema radica en la inmensa cantidad de información que contiene la placa del holograma. Una placa de holograma de 200 milímetros puede contener más de 300.000 veces más información que una sola imagen estática de televisión. Los sistemas de televisión actuales ni siquiera se aproximan a poder manejar tan inmensa cantidad de información.
En la actualidad la holografía está encontrando aplicación como medio de exhibición y publicidad. Una compañía que tiene a su cargo muchas de las carteleras del sistema de transporte subterráneo de Londres ha expresado interés en utilizar los hologramas con fines publicitarios. Y bien puede ser que en el futuro los representantes comerciales lleven consigo hologramas como muestras de productos voluminosos o pesados.
En los museos, los tesoros pueden ser reemplazados por réplicas holográficas. Se ha iniciado esta técnica en la U.R.S.S., y el Museo del Ermitage, de Leningrado, actualmente está haciendo una biblioteca de hologramas para prestarlos a otros museos. No hay duda de que la producción de retratos tridimensionales será una aplicación importante de la holografía en el futuro cercano.
Hay también aplicaciones importantes de la holografía en la industria y en la investigación. Por ejemplo, en la producción de cilindros de alta precisión para automóviles se puede hacer el holograma de un modelo perfecto. Entonces la imagen holográfica se proyecta sobre los mismos cilindros que salen de la línea de producción; cualesquier defectos e imperfecciones se manifiestan inmediatamente como un característico patrón de “orlas” sobrantes. Se pueden detectar pequeñas deformaciones de menos de un micrón. (¡Un micrón es la millonésima parte de un metro!)
En la investigación se puede emplear el laser bajo impulso para holografiar acontecimientos que suceden con demasiada rapidez para que el ojo pueda captarlos. El laser de impulsos, como un super disparador de destellos montado en una cámara holográfica, emite impulsos de luz que duran solo un instante. Por ejemplo, ¡un laser de rubí puede producir un destello que dure solo 0,00000003 de un segundo! El destello de luz capta eficazmente un acontecimiento que sucede en menos de una millonésima parte de un segundo, o paraliza, es decir, presenta inmóvil un objeto que esté moviéndose a gran velocidad. El suceso se restituye en la imagen holográfica. Este método permite estudiar las vibraciones de objetos, tales como máquinas o instrumentos de música, y también hay la posibilidad de que se utilice para analizar rápidas reacciones químicas.
La holografía todavía es una operación bastante costosa e inconveniente cuando se compara con la fotografía clásica. En la actualidad está algo limitada también por el tamaño del holograma que se puede hacer. Por eso, más bien que como algo que tome el lugar de la fotografía, la holografía ha salido como una forma adelantada de fotografía para uso en ciertas áreas especiales. Representa otro uso de las leyes naturales —realmente, leyes del Creador— para el provecho y disfrute de la humanidad. A medida que se logre mejorar el procedimiento y reducir el costo, no hay duda de que se concebirán nuevas ideas de cómo usar la holografía de modo que tenga en nuestra vida mucho mayor efecto que en la actualidad.