На момент своего изобретения Габор жил уже не в Венгрии: он покинул родину в 1933 году, когда к власти в Германии пришла НСДАП, а Венгрия, поддержав новое немецкое правительство, двинулась примерно таким же курсом. 33-летнему еврею Габору, защитившему диссертацию, специалисту по электронным трубкам и газоразрядным лампам, делать в новом мире было нечего, и он заблаговременно, ещё до начала погромов и преследований, эмигрировал в Великобританию.
В 1947 году Габор работал в компании British Thomson-Houston в Рагби и занимался электронными микроскопами. Это были ранние годы электронной микроскопии – первый коммерческий прибор такого типа производства Siemens появился лишь в 1938-м, – и «детских болезней» у микроскопов хватало с избытком. С помощью электронных микроскопов надеялись увидеть атомы кристаллической решётки, но разрешающая способность новых приборов оказалась ограничена сферической аберрацией[26] магнитных линз, которые фокусировали электронный пучок. Технический уровень того времени не позволял делать более совершенные линзы, и итоговые снимки оказывались недостаточно чёткими, на них были видны в лучшем случае элементы размером в несколько десятков атомов.
Габору пришла в голову интересная мысль, позволяющая, вместо того чтобы решать эту проблему «в лоб», изобретательно её обойти. А что, если не мучиться с получением чёткой электронной фотографии, а сначала записать с помощью электронного пучка полную информацию об объекте, а потом исправить размытую картинку оптическими средствами?
Обычное изображение, неважно, получено оно с помощью электронного пучка или обычного света, содержит только информацию об интенсивности волны, которую отразил или рассеял объект (это так называемая предметная волна). Габор же предложил записывать полную информацию об объекте, которая включает не только интенсивность, но и фазу отражаемой (или рассеянной) волны. Для этого нужно использовать вторую – опорную – волну. Предметная волна освещает объект съёмки, а от него отражается на фотопластинку. Опорная волна падает на фотопластинку непосредственно. Если эти волны когерентны, то есть одинаковой частоты, с постоянными амплитудами и постоянной разностью фаз, они наложатся друг на друга и возникнет чёткая интерференционная картина – чередование ярких и тёмных полос, определяемое разностью фаз наложенных волн. В точках, где фазы одинаковы, яркость максимальна, а где противоположны – минимальна. Вот эту интерференционную картину, а не просто «отпечаток» интенсивности предметной волны и предложил фиксировать Габор. Если через фотопластинку с интерференционной картиной снова пропустить волну, идентичную опорной, то пластинка сработает как дифракционная решётка (можно сказать, фильтр) и на выходе мы получим волну, полностью идентичную предметной, с полной информацией об объекте, которая включает и интенсивность, и фазу. Итоговое изображение называется восстановленным. Таким образом, Габор предполагал разделить процесс на два этапа: сначала получать с помощью электронного микроскопа полное изображение предмета на фотопластинке, а потом с помощью источника опорной световой волны восстанавливать точную копию его настоящего трёхмерного изображения.
Компания, в которой работал физик, поддержала исследования, он получил финансирование и оборудование для опытов. Но возникла проблема, которая так и не позволила реализовать новоизобретённый принцип на практике, – проблема когерентности. Как уже упоминалось, волны называются когерентными, если они имеют одинаковую частоту (физики называют такие волны монохроматическими), а их амплитуды и разность фаз не меняются во времени. Только когерентные волны способны давать отчётливую интерференционную картину. Казалось бы, если взять монохроматическое излучение от одного источника и разделить его на предметную и опорную волны, они всегда будут когерентны. Но на самом деле это не так.
Существует такая физическая характеристика – длина когерентности[27]. Если разность хода двух волн – опорной и предметной – превышает длину когерентности, то они становятся некогерентными и никакой интерференционной картины, которую можно было бы записать для последующего восстановления, не появится.
И предметную, и опорную волны Габор получал с помощью ртутной лампы высокого давления – лучшего источника достаточно интенсивного излучения на конец 1940-х просто не существовало. Её излучение он последовательно пропускал через узкополосный цветной фильтр, что обеспечивало относительную монохроматичность, и через маленькое точечное отверстие. И вот тут вступало в свои права вышеупомянутое ограничение: длина когерентности излучения ртутной лампы составляет доли миллиметра и получить качественную голограмму, способную реально решить проблему, ради которой Габор всё это придумал, было попросту невозможно.
