全息甲板和全息图

“哦，舰长，我们是我们。他们也是我们。所以事实上，所有人都是我们了。”

——出自“巴黎永在”[20]，戴达对皮卡德和瑞克所说

当亨弗莱·鲍嘉在卡萨布兰卡机场对英格丽·褒曼说“我们永远拥有巴黎”时，他指的当然是巴黎的回忆。但当皮卡德站在全息甲板上再现的艺人咖啡馆里，对珍妮丝·曼海姆说出类似的话时，他可能就是字面上的意思了。多亏了全息甲板，才可以重温那些美好的回忆，才能够再访那些喜爱的地方，才得以再会那些逝去的爱人。

全息甲板是进取号上最有吸引力的科技产物之一。现在人们已经渐渐接触到了虚拟现实，无论是从游戏里还是从现代高速的计算机里。而全息甲板就提供了一种极其令人激动的新的可能性。谁不想在转瞬之间就进入他／她朝思暮想的神奇世界呢？

这实在太有吸引力了，而且事实上，我觉得全息甲板在现实中比在影视剧里表现出来的样子更要让人上瘾。我们在“空洞的追求”[21]和“银河之子”[22]这两集里能多多少少看出一些“全息甲板上瘾症”（或者“全息瘾”）的迹象。在“空洞的追求”这集里，倍受大家喜爱的、有点神经质的雷金纳德·巴克利中尉，对进取号上那些高级军官的幻影着了迷，宁愿在全息甲板上与他们交流也不想去其他地方。在“银河之子”这集里，乔迪·拉弗吉则跟星舰引擎的设计者丽雅·勃拉姆斯的全息影像开始了一段恋情，但是在遇见了真的丽雅·勃拉姆斯本人后，这件事就变得错综复杂起来了。

鉴于船员们在全息甲板上那些相对理性的娱乐活动，我们可以想象20世纪充满荷尔蒙的人类本性到了23世纪后更加进步了。（要不是这样的话，威尔·瑞克就不会是众人的代表了。）但根据现在的情况来看，我估计全息甲板上应该几乎全是性的内容。（而且全息甲板会让性爱的安全到达一个全新的高度。）我不是开玩笑的，全息甲板呈现了一种激动人心的美妙光景，尤其是性的意义上的：只有行动没有后果，只有愉悦没有痛苦，所有的情景都能随心所欲的改变，任你想来多少次都没问题。

全息甲板隐藏的这种可能性在《星际迷航》里只是偶尔提到过。比如在乔迪粗鲁地闯进雷吉的私人全息甲板后，他承认道：“我自己也已经在全息甲板上耗费数小时时间了。其实就我而言，只要不影响工作，你在全息甲板上待多久完全是你个人的事。”如果这听起来不像20世纪那种不要让情欲战胜理智的忠告，我不知道这还能是什么。

我丝毫不怀疑当今世界对虚拟现实试验性的探索会最终走向全息甲板那种方向，至少它们的精神内涵是一致的。但有可能我的担心在23世纪看来，就和半个世纪前电视机的发明所伴随的警告一样，显得滑稽搞笑。虽然抗议电视中色情和暴力的呼声仍然还有，但毕竟没有电视的话，就不会有《星际迷航》了。

在一个商场或个人都拥有全息甲板的世界里，倒不会有人们都蜷在沙发上看电视的危险。因为全息甲板的娱乐方式还要主动一些，不会让人缺乏运动。但我还是觉得虚拟现实的未来令人不安，它毕竟比真实生活要安逸许多。一个有着直接体验却毫无后果的世界实在是太有吸引力了。

尽管如此，每项新技术都有好的坏的一面，也会改变人们的行为方式。可能从本书一贯的态度能看出，我是相信技术总会使我们的生活变得更加美好的。适应新技术所面临的挑战，只是人类社会进化所遇到的挑战中的一部分而已。

虽然这样说，全息甲板还是跟当今发展的虚拟现实技术有着明显不同。目前，你所佩戴的设备会影响你的视觉和感官，将设计好的“情景”灌输给你。而全息甲板则采取了一个更有创造性的方法：将你放到了情景之中。它能做到这点一部分是靠全息技术的独特运用，一部分是靠复制技术。

全息图像

全息技术所依赖的原理是在1947年由英国物理学家丹尼斯·伽柏提出的，远远早于这项技术被完全开发利用的时间，而伽柏也由于这项工作而获得了诺贝尔物理学奖。现在大多数人都很熟悉信用卡上的三维全息图像，甚至是书籍封面上的那种。“全息”（hologram）一词出自希腊语的“整体”和“书写”。与普通照片不同，全息图像不仅仅是记录了三维现实的二维图像，还包含了不同侧面的全部信息。事实上，通过全息图像可以重建一个三维的立体图像，你只要绕着它走动，就能够看到所有侧面，看上去和原型的物体一样。唯一能区分的方式就是去触摸它，你就会发现那儿其实什么都没有。

一张存储全息图像的二维胶片怎么能够记录下三维实景的全部信息呢？要回答这个问题的话，我们首先要弄清楚看东西时究竟看到了什么，而照片又到底记录了什么。

我们能够看见东西是因为它们反射或者发射了光出来，然后进入了眼睛里。当一个三维物体被照亮后，会从各个不同的方向反射光出来。如果能够重现真实物体产生的发散光线的话，那我们的眼睛就无法区分实际物体和这种特殊光线形成的虚拟物体了。举个例子，当移动视角来看东西时，原本被挡住的地方就看得到了；要是能做到这样，那物体所有散射光线的形式都被重现出来了。

那要如何储存和重现所有的信息呢？我们可以通过了解普通的照相技术来获得一点启发。照相是一种存储和重现二维图像的方式。当照相的时候，感光材料暴露在要获得的图像的光线中，这个过程通过相机的透镜组和快门控制。之后用各种化学物质处理感光材料后，它会根据之前接收到光的强弱按比例变黑。（在这里讨论的是黑白胶片的原理，但是彩色胶片的原理也只需很简单地扩展一下——把胶片覆盖上三种感光材料，每种材料对不同颜色的光敏感度不同。）

因此记录在相片上的全部信息就是到达胶片不同位置的光的强度。在冲洗胶片的时候，暴露在强光下的部分就会和显影液反应变黑，那些光没有照到的地方就要浅一些。胶片上最后的图像就是原来光场的“负”的二维投影。再把光透过这个负片照射到感光纸上就能得到成品的相片了。当实际看相片的时候，照到浅色部分的光主要被反射回来，照到深色部分的光就被吸收了。因此，照片反射出来的光在视网膜上产生了二维强弱变化的平面图形，而大脑就会将其理解为看到的图像。

那问题就变成除了仅仅记录每一点上的光强外，还能再做些什么呢？我们再一次要依赖于光是波的这个事实。因为有了这一点，除了光强外，光还有其他可以记录的特征。例如图7-1这种光的波形图。

图7-1

波形起伏代表电场强度，在A点表示有一个最大值，与场强E_A相关，指向上方。在B点场强相等但指向下方。如果只对波的强度敏感的话，那A点和B点的场强就一样了。但是正如你所看到的，B点与A点的波是不完全一样的。波的这种“位置”区别就叫作相位。所以要确定波的所有信息就需要确定它的强度和相位。因此要记录三维物体散射光的全部信息，就需要找到一种胶片来同时记录光的强度和相位。

这也很简单。要是把光分成两束，让一束直接照射到胶片上，让另一束在被物体散射后再照到胶片上，那么就会发生下面的情况。要是这两束光“同相”的话——即同时到达最大的A点——那么合成的波幅度就是每个单独波的2倍，如图7-2所示：

图7-2

另一方面，要是两束光在A点异相的话，即在A点达到最大值，一个达到最小值它们就会相互抵消，形成幅度为0的“波”，如图7-3。

图7-3

所以要是A点有胶片的话，它就会记录下两束光——直接照射到胶片上的光和被物体散射后再照射到胶片上的光——的“干涉图样”的强度。这个图样不仅记录了散射光的强度信息，还记录了它的相位。要是人们够聪明的话，就可以从中提取信息来重现物体散射光的三维图像。

事实上，不用做到那种地步也可以。只要用与原来相同波长的光来照射胶片的话，就可以产生一样的干涉图样，当你再看透过胶片的光时就会得到跟以前一样的图像。要是移动视角的话，还可以“环视”重现物体的边缘。当你挡住胶片的大部分，离近一些看没有挡住的地方，还是可以看见整个物体！这就像透过窗口看外面的景象一样，唯一不同的就是实际的景物并不在那里而已。透过胶片进入你眼睛的光使你相信，那就是被实际物体散射的光，让你觉得确实“看见”了。这就是全息图像。

通常来说，为了使参考光和散射光更好调控，全息图像用的都是相干性和准直性都很好的激光。但是所谓的“白光”全息图也是存在的，这种图只要照射普通光便可以产生相同的现象。

我们还可以巧妙地处理一下，使用那些各种各样的透镜，让看见的图像出现在你和胶片之间，呈现物体的三维立体图像，还可以环绕着看到所有侧面的细节。或者把光源移到胶片前面而不是后面——就像信用卡上的全息图像一样。

全息甲板物质

前面那种全息图像可能就是全息甲板所用的原理，在《星际迷航：航海家号》里重现了医务室里医生的图像。不仅如此，要创造这样的全息图像并不需要原本的物体来制作。现在的数字计算机已经能够做到“光线追踪”了——它们可以计算出任何你想设计的虚拟物体散射的光线，从任意角度呈现出来。同样地，计算机还可以算出参考光和散射光汇合时产生的干涉图样。这个合成的干涉图样可以投影到透明的屏幕上，当从屏幕后方照光时，一个实际不存在的三维物体就有了立体图像。要是计算机够快的话，就可以连续地改变干涉图样，产生活动的三维立体图像。所以全息甲板的全息图像这一块并不是遥不可及的。

但是全息图像并不代表全息甲板的全部。就像之前提到的，全息图像并没有实体在那里。你可以穿过它——或者用枪射穿它，就像斯波克和戴达在“统一”[23]那集里骗过罗慕伦人那样。而全息甲板里人们交流的——或者说接触的——那些东西却并不是简单的、没有实体的。全息甲板需要更高深的技术，《星际迷航》的编剧们就利用了传送器，或者至少是复制器——可以看成略微简易一些的传送器。使用传送器的技术，物质就可以被复制并移动到全息甲板上去模拟本来的东西，然后在电脑程序精心的调控下就能再现声音和行动了。与之类似，复制器就是产生那些图像里不动的物体——桌子、椅子以及力场。这种“全息甲板物质”拥有自己的形态，其模型则存储在复制器的缓冲器内。当传送器关闭或者物体从全息甲板移走以后，那些物质也会很容易地就像模式缓冲产生时那样分解了。因此，全息甲板产生的生物可以被限制在里面，就像虚拟侦探赛勒斯·雷德布洛克和费利克斯·利奇在《星际迷航：下一代》“再见”[24]一集里发现的那样，也和福尔摩斯的死敌莫里亚蒂教授推测和尝试着克服的那种情况一样。

这是我对全息甲板的一点展望：以后墙上就会全用上全息图像，给人一种空间延伸到了地平线的感觉，而基于传送器的复制器将在图像里创造出移动的“实体”物件。由于全息图像现在已经成为可能，而传送器还有待突破（就像我之前解释那样），人们就必须寻找其他方法来建模和让物体实际移动起来，以制造一台真正的全息甲板。而且掌握了两个关键技术中的一个已经很令人欣慰了。

事实上，我最近参观了班夫美术学校的现代三维视频的“洞穴”，就类似于我上面预想的“全息甲板”实际的样子。虽然并没有使用全息图像来产生三维图像，但还是可以用计算机在洞穴的墙壁上产生画面，然后在房间里在其他人的引导下用3D眼镜来观看。

到底怎样才能摆脱单纯的全息图像，变成像《星际迷航：航海家号》里全息医生那种情景呢？答案当然是没有办法吧。只有散射的光线而没有实体的话，这些光线恐怕根本就不能实际搬动物体吧。不过通过全息图像还是可以传达，像体贴的关照和尽心的忠告，这些体现良好医德的行为的，在这方面是可以和真的医生做得一样好的。

注解：

[1]　《星际迷航：下一代》，第六季，第二集。

[2]　《星际迷航：原初系列》，第一季，第五集。

[3]　《星际迷航：下一代》，第六季，第二十四集。

[4]　《星际迷航：下一代》，第一季，第七集。

[5]　《星际迷航：航海家号》，第一季，第十三集。

[6]　《星际迷航：下一代》，第二季，第九集。

[7]　一般的波是由若干种以至无限多种谐波叠加而成的，往往仍然是非局域性的。但是在特定条件下，叠加后的波有可能是局域性的，犹如被某种曲面包裹住那样。这种局域性的波就叫作“波包”。

[8]　量子隐形传态是一种利用分散量子纠缠与一些物理讯息的转换来传送量子态的技术。

[9]　Large Hadron Collider（LHC），在2008年启动测试，2012年探测到希格斯玻色子。

[10]　《星际迷航：下一代》，第五季，第五集。

[11]　Ke V是能量单位，1Ke V代表1千电子伏。

[12]　1Ge V代表1亿电子伏。

[13]　毕竟把正粒子叫成反粒子在物理上不会产生问题，因为除此之外它们没有任何区别。

[14]　丰度是指研究体系中被研究元素的相对含量，用质量百分比表示。

[15]　即之前提到的LHC。

[16]　《星际迷航：原初系列》，第一季，第四集。

[17]　《星际迷航：下一代》，第四季，第十六集。

[18]　《星际迷航：下一代》，第一季，第二十三集。

[19]　《星际迷航：下一代》，第一季，第十九集。

[20]　《星际迷航：下一代》，第一季，第二十四集。

[21]　《星际迷航：下一代》，第三季，第二十一集。

[22]　《星际迷航：下一代》，第四季，第十六集。

[23]　《星际迷航：下一代》，第五季，第七集。

[24]　《星际迷航：下一代》，第一季，第十二集。