Живые локаторы океана

На протяжении многих столетий ученые и инженеры нашей планеты совершенно самостоятельно, независимо от уже выданных природой патентов, повторяли ее изобретения. Только применив для измерения морских глубин эхолокацию, они сумели заметить, что и живые организмы умеют ею пользоваться.

Процесс признания первенства природы был трудным. Ученые не могли поверить, что рожденное в муках изобретение, в которое они вложили весь свой талант, опыт и знания, накопленные столетиями, природа совершила путем простых проб и ошибок. Лишь постепенно мы свыклись с первенством природы. Вот тогда и родилась бионика – наука, призванная вести поиск патентов природы, чтобы уберечь ученых от траты сил, средств и времени на изобретение уже давно придуманных вещей. Биоников не надо убеждать в наличии талантов у природы. Зато они впадают в другую крайность: во всем видят ее первенство. Готовы для каждого изобретения подозревать наличие аналога у любого мало-мальски подходящего существа.

Одним из крупнейших изобретений в области оптики, сделанных в послевоенные годы, является голография. Этот термин имеет греческое происхождение. «Голос» – искаженное греческое слово «алое», означающее «весь, полный», «грамма» – «запись, описание». А все вместе это означает «полная запись, полное описание».

Еще на заре человечества люди мечтали найти способ запечатлеть для потомства окружающий мир. В результате несколько десятков тысяч лет назад появились наскальные рисунки, давшие начало современной живописи, а в начале прошлого века возникла фотография. Но ни один из этих способов не дает полного изображения предмета. И фотография, и картина – это хаос цветных черно-белых пятен. В них содержится так мало сведений о предмете, что наш мозг узнает его лишь с помощью фантазии и всей накопленной памятью информации об окружающем мире.

Мы видим вокруг совсем не то, что зафиксировано на фотопластинке. Окружающий мир трехмерен – фотография дает плоскостное изображение. Это происходит потому, что до нее доходит лишь небольшая часть отраженных от предмета лучей света. И в результате фотография дает лишь обедненную картину. В действительности все пространство вокруг предмета заполнено волнами отраженного им света. Чтобы получить исчерпывающее представление о предмете, необходимо эти световые волны, или, как говорят оптики, волновое поле, зафиксировать без значительных потерь.

Изобрел способ упростить и фотографировать волновое поле английский физик Д. Габор. Обычные источники света, от свечи и лучины и до люминесцентной лампы и солнца, дают хаос, мешанину из волн разной длины. Д. Габор подобрал для освещения фотографируемого предмета точечный источник монохроматического света, излучающего волны одинаковой длины. Затем, смешав отраженные от предмета лучи с лучами, идущими непосредственно от источника, он направил их на фотопленку. Изображения предмета на ней не возникло. Она запечатлела волновое поле, нечеткие расплывчатые линии неправильной формы. При совмещении двух пучков света их волны складывались. Там, где их фазы совпали, амплитуда суммарной волны возрастала (увеличивалась освещенность), на пластинке появлялись темные полосы, а там, где фазы оказались противоположными, амплитуда резко уменьшилась (уменьшилась освещенность), на пластинке оставались белые пятна.

Особого успеха Д. Габор не добился. Он не имел источников, дающих в достаточной степени упорядоченный монохроматический свет. Член-корреспондент Академии наук Ю. И. Денисюк (в 1970 году он получил за изобретение голографии Ленинскую премию) решил применить для создания волнового поля лазерный луч, а для фотографирования использовал фотопластинку с толстым слоем светочувствительной эмульсии. Теперь картина волнового поля фиксировалась не на плоскости, а в трехмерном пространстве. После проявления в толще эмульсии возникают полупрозрачные отражающие слои.

При освещении такой пластинки тем же лучом лазера какая-то часть световых лучей – в зависимости от плотности пластинки – застрянет в ней, а лучи, прошедшие сквозь пластинку, отклонятся в ту же сторону, откуда в свое время падали на нее. Иными словами, такая фотопластинка воссоздаст лучи, отраженные от предмета и за пластинкой возникает его изображение. Голографическая запись так полна, что, слегка поворачивая пластинку, можно повернуть и изображение и увидеть предмет сбоку.

Процесс голографирования напоминает работу эхолокатора. Интересующий исследователя объект освещается световыми лучами, а затем фиксируется изменение этих лучей, отразившихся от предмета. Подобным же образом поступают китообразные, только освещают исследуемый предмет звуковым лучом. Невольно возникает мысль об аналогии. Для полноты картины не хватает лишь одного штриха – наличия у дельфинов звукочувствительной пластинки. Бионики считали, что в случае обнаружения соответствующего рецептора голографический принцип анализа эха будет доказан достаточно убедительно.