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發明跨越維度的「全像術」──蓋博誕辰 │ 科學史上的今天:06/05

周杰倫的演唱會上,作古已久的鄧麗君自升降舞台緩緩升起,栩栩如生宛若真人,用甜美的歌聲與周杰倫展開對唱。這項令鄧麗君宛如親臨現場的 3D 全像投影技術(註)只是全像術(holography, 或稱全像攝影)的其中一種應用,全像術還有許多神奇的性質,甚至還推及宇宙本質的深奧物理問題。而今天正是全像術的發明人蓋博的誕辰(Dennis Gabor, 1900-1979)。

出生於匈牙利的物理學家蓋博原本在德國求學、工作,1933 年為了逃避納粹迫害而移民英國,在 BTH 公司上班。1947 年,蓋博為了提升電子顯微鏡的解析力而發明「波前重建(wavefront reconstruction)」技術,這項技術原本是利用電子繞射與干涉作用,直到 1960 年雷射發明後才運用於光學上,而開啟了許多難以想像的發明,蓋博也因此獲得 1971 年的諾貝爾物理獎。

全像術必須將光線一分為二,一道打到物體後反射到底片,另一道直接射向底片,因此底片記錄的是這兩者彼此干涉的結果。相較於一般攝影只是記錄光的強度(即明暗)與波長(即色彩),全像術還多了光的相位(波峰、波谷的位置),因此可以還原出物體原來的形狀。而且一般攝影只能拍下單一角度的物體,全像術卻能計算出物體不同角度的樣貌,所以才能重建原來的立體影像。

全像術的神奇之處在於三維的資訊竟能完完整整地記錄於二維的全像底片上,而且即使這底片碎裂成許多小碎片,我們仍能任憑其中一小片就能絲毫不差地還原出全部的三維資訊,。既然二維的全像圖與三維的實體是等價的,物理學家不禁懷疑:我們以為自己生活在三度空間,會不會只是我們的幻覺,整個宇宙其實是個二維的全像圖?或是從另一個角度看,會不會宇宙其實有更高次元,我們這個世界只是它的三維全像圖?

這些可不是天馬行空的胡思亂想,物理學家已經在著手建立「全像理論」。蓋博當初發明全像術,絕對想不到它竟會走這麼遠吧?

註:全像投影必須當初就以全像術攝製,鄧麗君既然早已不在人間,應該不是媒體所稱的全像投影。

 

 

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

關於作者

張瑞棋

1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。自小喜愛科學新知,浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,更成為重度閱讀者。當了中年大叔才成為泛科學專欄作者,著有《科學史上的今天》一書,如今又因翻譯《解事者》,而多了個譯者的身分。