Рассеянные объектом волны характеризуются амплитудой, фазой и направлением. В обычной фотографии регистрируется только амплитуда световых волн, и её распределение в пределах двумерного светоприёмника. Для этого используется объектив, строящий действительное изображение объекта записи. Полученное плоское изображение может создавать только иллюзию объёма за счёт перспективы, светотени и перекрытия объектами друг друга. Стереофотография позволяет с помощью двух и более объективов более достоверно имитировать объём за счёт свойств бинокулярного зрения, но даёт возможность наблюдать записанные объекты с единственной точки.
В голографии, кроме амплитуды, регистрируются также фаза и направление световых волн с помощью интерференции, преобразующей фазовые соотношения в соответствующие амплитудные. При этом объектив не требуется, а полученная голограмма позволяет менять точку наблюдения произвольно, а в некоторых случаях и «заглядывать» за объект. При записи голограммы складываются две волны: одна из них идёт непосредственно от источника (опорная волна), а другая отражается от объекта записи (объектная волна). В месте сложения этих волн размещают фотопластинку или иной регистрирующий материал. В результате сложения объектной и опорной волн возникает неподвижная интерференционная картина, которая регистрируется фотопластинкой в виде микроскопических полос потемнения, соответствующих распределению электромагнитной энергии в этой области пространства.
Если проявленную пластинку осветить волной, близкой к опорной, то записанная интерференционная картина за счёт дифракции преобразует свет в волну, близкую к объектной. Таким образом, при воспроизведении голограммы образуется волновое поле, соответствующее записанному по амплитуде, фазе и направлению. В результате зритель видит в месте расположения объекта съёмки относительно фотопластинки его мнимое изображение. Вторая волна, образованная при освещении голограммы, образует действительное изображение. Любая голограмма является способом сохранения информации об электромагнитной волне в виде интерференционной картины (максимумов и минимумов пучностей) методом физической записи в специальной среде об отражённом от объекта, рассеянном волновом фронте электромагнитного излучения, его амплитуде (яркости) и сдвиге фазы (объёме) в некоторой точке с возможно меньшей потерей информации, либо имитации такой картины специальными голографическими методами.
В 1962 году американские оптики и радиофизики Эммет Лейт (1927–2005) и Дж. Юрис Упатниекс (род. 1936) усовершенствовали схему Габора, разделив предметный и опорный пучки, которые стали теперь пересекаться непосредственно перед фотопластинкой. Это позволило, во-первых, голографировать непрозрачные предметы сложной формы, а во-вторых, разнести восстановленные изображения в пространстве. Схема Лейта – Упатниекса стала основой современных голографических установок.
Граммофон
Впервые устройство, позволяющее записывать звук, было создано в 1857 году Леоном Скоттом. Он назвал его фоноавтографом. Игла, которой передавались колебания звуковой диафрагмы, вычерчивала кривую на поверхности вращавшегося цилиндра, покрытого слоем сажи. Однако воспроизвести записанный на саже звук было невозможно.
Знаменитый американский изобретатель Томас Эдисон в 1877 году создал первую «говорящую машину» – фонограф, позволявшую воспроизводить звук.
Принцип фонографа был практически тот же, что у телефона. Звуковые волны с помощью трубы приводились к пластинке из очень тонкого стекла или слюды и резцом, прикрепленным к ней, записывались на быстро вращающийся вал, покрытый оловянной фольгой. На фольге получались следы, форма которых соответствовала колебаниям пластины и, следовательно, падающим на нее звуковым волнам. Этой полосой листового олова можно было пользоваться для получения на том же приборе тех же звуков.
При равномерном вращении полосы, резец, прикрепленный к пластинке, проходил вдоль сделанной им ранее борозды. И получались те же самые колебания. Таким образом, фонограф воспроизводил всякий разговор, пение и свист.
Первые приборы Эдисона, созданные в 1877 году хрипели, чрезмерно усиливали некоторые звуки, совсем не воспроизводили другие, да и звук можно было различить, лишь приложив ухо к диафрагме. Игла, переходя из одного углубления в другое, испытывала собственные колебания, передававшиеся в виде сильных шумов.
Эдисон упорно работал над улучшением фонографа. После многих экспериментов был найден подходящий материал для валиков – сплав воска и растительных смол, точный состав которого Эдисон держал в секрете. В 1878 году он основал фирму по производству фонографов. Одновременно во всех газетах была развернута реклама этого изобретения. Уверяли, что фонограф можно будет применять для диктовки писем, издания звуковых книг, воспроизведения музыки, изучения иностранных языков, записи телефонных сообщений и многих других целей.