3-5. О научном значении пластилина

                3-5. О научном значении пластилина,
                или
                Как мы чуть было не получили голограмму

Это было в 1976 году. На третьем курсе мы должны были выполнить курсовую работу по физике. Причём одна тема давалась двум студентам. Мы разбивались на пары так, как сами хотели. У нас была пара: я и Валера Малиновский. С Валерой мы очень подружились во время стройотряда после первого курса. Нам давался список тем, и мы выбрали тему, связанную с голографией. Голография — это метод получения объёмных изображений с использованием лазера. Нашим научным руководителем была Галина Павловна Клишина – замечательный человек и прекрасный преподаватель. Планировалось, что мы просто теоретически опишем методы получения голограмм и области их применения. Но случились два события, которые расширили первоначальные планы.

Во-первых, кафедра физики в ту пору приобрела современный по тем временам, большой (труба длиной метра полтора и диаметром сантиметров 15) гелий-неоновый лазер непрерывного действия.
 
Во-вторых, в букинистическом магазине на углу Ленина и Кирова я увидел и купил книжку, где описывается довольно несложная установка для получения голограммы. И мы с Валерой предложили Галине Павловне не только теоретически описать голограммы, но и попробовать практически их изготовить.

 Лазер и кой-какая оптика в институте была, но было две вещи, которые нужно было где-то приобрести.  Во-первых, это фотопластинки с очень высокой разрешающей способностью.  Я не помню где, но где-то мы таковые достали. Это были, по-моему, фотопластинки "Микрат" с разрешающий способностью около 1000 линий на миллиметр. К этим фотопластинкам пришлось добывать химикаты для составления какого-то особого проявителя.
 
Но это было не самое трудное. Одним из основных компонентов установки, точнее её основой, на которой монтируется сама установка, должна была быть толстая тяжёлая металлическая плита.  Дело в том, что при записи голограммы в течение десятков секунд не допускается ни малейшего сдвига оптических элементов.  Этот сдвиг может быть не более четверти длины волны света, испускаемого лазером (а это 0,0002 мм, офигеть можно!)  Как это реализуется в реальных голографических установках?

  Во-первых, такие установки монтируются либо в подвале, что лучше всего, либо на первом этаже. На грунт или на пол насыпается толстый слой (сантиметров десять или больше) сухого песка. Затем на песок кладутся несколько слегка приспущенных камер от автомобиля.  На эти камеры помещается тяжёлая металлическая плита, на которой уже и монтируются оптические элементы голографической установки.  Вся эта система должна сглаживать малейшие колебания, которые могут испортить получаемое изображение.  Во время записи голограммы категорически запрещается разговаривать.  Кроме этого, запись голограммы желательно проводить ночью, когда транспорт практически не ходит. Дело в том, что колебания почвы от проходящих даже довольно далеко машин, могут вызвать вибрацию установки и смазать получаемую картину. Всё это мы вычитали в уже упомянутой книжке по голографии. В этой же книжке была нарисована схема простейшего голографического эксперимента, который мы и собирались провести.
 
Словом, мороки много. Но все эти трудности у нас вызывали только увеличение азарта и интереса к предстоящему делу. Итак, для начала нужно было добыть тяжёлую металлическую плиту.  Мы подключили к этому всех своих друзей и знакомых. Мы бродили по городу и смотрели под ноги. Особо нехорошим взглядом мы окидывали металлические листы, которыми на земле закрывались некоторые лазы в подземные коммуникации.  Эти металлические листы от кражи студентами физико-математического факультета спасало только то, что они были не слишком толстые и тяжёлые.
 
Но вот наступил день, когда наше с Валерой нытьё окружающим нас людям об этой пресловутой металлической плите дало свои результаты.  Дело в том, что отец Валеры работал на предприятии, связанном с транспортом.  И он разрешил нам покопаться на свалке металла этого предприятия. Там-то мы и откопали то, что искали.  Это была красавица-плита размерами примерно метр на полтора и толщиной около 2 см.  Легко оценить массу этой плиты (предлагаем в качестве упражнения сделать это самостоятельно, а потом сравнить с результатом, приведенным ниже).  Это где-то около 230 кг. И эти килограммы нужно было как-то увезти в институт и занести в лабораторию.  Тут нам снова помог отец Валеры. Плиту довезли до входа в институт и сбросили на землю. До сих пор помню, как человек шесть (естественно, мы с Валерой были в их числе), облепив эту плиту как муравьи, пыхтя и отдуваясь, вносили эту плиту в здание нашей "конюшни”, а потом по коридору тащили её в самую дальнюю лабораторию. В этой лаборатории мы и начали монтировать установку.
      
Вот тут-то мы и поняли научное значение пластилина. При монтаже оптических элементов на металлическую плиту в нужном месте часто их было трудно закрепить. Мы ломали голову, как это лучше сделать. И в голову Валере пришла замечательная идея использовать пластилин.
 
 Мы помели по амбарам, поскребли по сусекам, отобрали весь пластилин у наших младших братьев, и работа закипела. Всё было смонтировано на славу. Конечно, основные крепления производились при помощи стандартных крепёжных элементов, а пластилин мы использовали только как вспомогательный материал. Кстати, когда я позже учился в аспирантуре МГУ, я убедился, что пластилин или воск используют подобным образом даже в очень солидных научных лабораториях.
 
И вот наступил решающий день, а точнее ночь эксперимента. Галина Павловна добилась разрешения декана работать нам в корпусе ночью. Поздно вечером мы с Валерой вошли в безмолвное здание нашего факультета.  В здании было так темно и безлюдно, что невольно хотелось совершить преступление. Сам знаю, что это цитата из «Берегись автомобиля», но не мог удержаться.

Войдя в лабораторию, мы ещё раз проверили установку, включили лазер и полюбовались тонким красным лучом, который шёл от него. Всё это наводило мысли о гиперболоиде инженера Гарина.  В установке луч сначала раздваивался, а потом при помощи линз лучи расширялись.  Один пучок направлялся непосредственно на фотопластинку — он назывался опорным пучком, а второй пучок направлялся на исследуемый предмет и,  отражаясь от предмета, также попадал на фотопластинку. Этот второй пучок назывался предметным. Эти пучки встречались на фотопластинке и, накладываясь друг на друга, создавали интерференционную картину, которая затем на пластинке фиксировалась.  Что мы использовали в качестве предмета, я не помню. По-моему, это была какая-то небольшая керамическая игрушка, что-то типа медвежонка.

Мы произвели съёмку нескольких фотопластинок, меняя время экспозиции от долей секунды до практически минуты.  Работающая установка выглядела очень красиво. Тонкие красные лазерные лучи, приглушённый красный цвет, отражённый от оптических деталей: линз и зеркал. Всё это очень впечатляло. Поздно ночью мы вернулись домой.

Кто нам проявлял голограммы, я не помню. Но это делал точно не я, так как в этом я ничего абсолютно не понимал. Проявленная и зафиксированная голограмма абсолютно не похожа на фотографию. Дело в том, что голограмма  ; это очень сложноорганизованная интерференционная картина, своеобразная дифракционная решётка, в которой зашифрована информация о голографируемом предмете.    На наших голограммах были видны какие-то линии, полосы, мелкоструктурные элементы. И это было нормально. Увидеть записанный на голограмму предмет можно было, только опять осветив голограмму лазерным пучком.
 
Но, как мы не старались, никакого изображения получить нам не удалось.  Видимо, что-то мы всё-таки сделали не так.  Возможно, что защита от вибрации, которую мы сделали, была недостаточной.  Но более вероятна причина, о которой мне рассказали уже значительно позже, когда я был на стажировке в Московском государственном университете.

  Дело в том, что для изменения направления луча мы использовали обычные лабораторные зеркала. А зеркало устроено так, что отражающий слой серебра или алюминия покрыт стеклом.  Когда луч отражается от такого зеркала, он отражается и от посеребрённой поверхности, и от верхней поверхности стекла. То есть фактически отражаются два луча или точнее две световые волны, которые уже на этом этапе накладываются друг на друга и дают некоторую интерференционную картину.  Это и могло привести к неудачной записи голограммы.  Оказывается, в профессиональных голографических установках используются зеркала с внешним покрытием серебром.

Позже, когда я уже работал в Петропавловском педагогическом институте преподавателем, то ездил на стажировку в Московский государственный университет. На этой стажировке я ходил на лекции по голографии известного профессора МГУ Ивана Алексеевича Яковлева и выполнил несколько лабораторных работ в лаборатории голографии физического факультета.   В ходе одной из этих работ я получил голограмму небольшого (высотой сантиметров 10) игрушечного самовара.  Мне эту голограмму подарили, и позже в нашем пединституте на лекциях по оптике я показывал её студентам, и мы с удовольствием рассматривали объёмное изображение этого самовара.  Когда один из студентов по неосторожности разбил голограмму на несколько кусков, то появилась возможность демонстрировать то свойство голограммы, что каждый отдельный её осколок показывает полностью всё изображение предмета.
 
Можно, конечно, нашу курсовую работу с Валерой по созданию голограммы считать неудачной.  Ведь всё-таки получить нам голограмму в Петропавловске не удалось. Однако, в ходе выполнения работы мы так много узнали, и это было так интересно, что считать это время потраченным зря мы не можем. И когда нам изредка удаётся с Валерой встретиться, то за бокалом прекрасного вина, которое, заметим, делает сам Валера, мы обязательно с улыбкой вспоминаем о тех замечательных днях, когда мы, молодые и веселые, монтировали голографическую установку, пытались получить голограмму, и в этом благородном научном деле нам от всей души помогал простой детский пластилин.