說起最早的全息術(shù)（Holography），大伙兒腦海中也許會不約而同浮現(xiàn)出科幻經(jīng)典巨作《星球大戰(zhàn)》中萊婭公主發(fā)出的求救片段。這部電影上映于1977年，在當(dāng)時有限的技術(shù)條件下，它用想象力和古早特效爲(wèi)人類創(chuàng)造了一個神話世界。而全息影像（Holographic display）作爲(wèi)其中極爲(wèi)重要的一個概念，直到四十多年後的今天，人類也還在追求探索和實(shí)現(xiàn)完善這項(xiàng)技術(shù)。
萊婭公主向盧克天行者和歐比旺發(fā)出求救全息影像， 來源：《星球大戰(zhàn)》
你也許會有疑問，全息投影技術(shù)（Front-projected holographic display）不是很早就有了嗎？對于嚴(yán)格意義上的全息來講，空氣即爲(wèi)物體成像的介質(zhì)。而現(xiàn)在我們在線日常所能接觸到的絕大部分“全息”，例如演唱會上已故歌手重回舞臺，其實(shí)是應(yīng)用了我們在線過往公衆(zhòng)號文章“‘全息術(shù)’帶你發(fā)現(xiàn)魔法世界的入口”中介紹過的佩珀?duì)柣孟螅≒epper’s Ghost）——這是一種“類全息投影技術(shù)”，需要借助全息膜、薄紗幕或霧氣等介質(zhì)，並且人們在某個特定角度才可以觀測到影像，因此它只是一個平面而非真正的360度立體圖像。
鄧麗君在舞臺上的全息投影， 來源：google
不過近期，《自然》和《科學(xué)》期刊同時在中文新聞版頭條報道了來自英國薩塞克斯大學(xué)（University of Sussex）研究人員介紹的一種多模態(tài)聲阱顯示器（Multimodal acoustic trap display，MATD），它有望讓科幻片中的全息影像變成現(xiàn)實(shí)。
MATD中的“全息”圖像， 來源：mittrchina.com
MATD顯示設(shè)備並不複雜，只要敲擊一下鍵盤，就能讓一顆2mm寬的懸浮顆粒——聚苯乙烯珠子（泡沫球）煥發(fā)生機(jī)。研究員能操作白色的斑點(diǎn)使其跳躍起來，在空中懸停、盤旋；再點(diǎn)擊一下，小圓點(diǎn)就會在黑色的盒子裏打轉(zhuǎn)形成一個發(fā)光的彩色蝴蝶，它甚至還會扇動翅子。
MATD裝置結(jié)構(gòu)， 來源：youtube
蝴蝶在半空中變形和飛舞的背後，是一個相對簡單的裝置：在懸浮的顆粒上下有兩個由256個微型揚(yáng)聲器組成的細(xì)長陣列，通過聲懸浮來完成對粒子的移動控制。LED發(fā)出的紅色、綠色和藍(lán)色光打在粒子上，將其高速移動所留下的軌跡映射出來，形成了我們在線肉眼所見的不斷演變的3D圖像。這便是之前公衆(zhòng)號文章（“漫舞”不慢，是你的眼睛沒能跟上）中提到的“視覺暫留”現(xiàn)象——因顯示系統(tǒng)在鉛直和水平方向上操控的粒子速度分別高達(dá)8.75m/s和3.75m/s，而其實(shí)際移動距離只有幾毫米到幾厘米，因此它的移動時間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于我們在線視神經(jīng)反應(yīng)需要的時間（約1/16秒，且針對不同頻率的光反應(yīng)時間會有一定差別），這個反應(yīng)時長造成了視覺圖像在大腦中的滯後現(xiàn)象。
高速移動的粒子繪制出的倒計時與笑臉圖像， 來源：youtube
蝴蝶和笑臉或其他圖案，就這樣在空中被直接繪制出來，像用高速蝕刻機(jī)進(jìn)行素描一樣。
揚(yáng)聲器陣又是如何靠聲音來控制微小粒子實(shí)體形成懸浮圖像的呢？聲懸。ˋcoustic levitation），是一種利用來自高強(qiáng)度聲波的聲輻射壓力，使物質(zhì)在重力作用下懸浮在空氣中的方法。
我們在線都知道聲音是一種波，它在空氣中傳播，同水波在水中傳播類似。不過水波是橫波，其振動方向與傳播方向鉛直；而聲波是縱波，其振動方向就在傳播方向上。聲波的連續(xù)振動使空氣分子不斷交替的壓縮和松懈，導(dǎo)致大氣壓敏捷産生起伏，而處在聲場中的物體就會受到壓強(qiáng)差産生的力的影響。
駐波， 來源：wikipedia
上圖中，紅色與藍(lán)色分別代表兩個完全雷同但傳播方向相反的波，黑色波是它們合成的結(jié)果。把紅藍(lán)兩列波的波幅相加，就産生了一條仿佛駐立在原地不動的波，這也是“駐波（Standing wave）”名稱的由來。
仔細(xì)觀察可以發(fā)現(xiàn)，黑色駐波上紅點(diǎn)位置的聲波振幅永遠(yuǎn)爲(wèi)零，因此理論上壓強(qiáng)也爲(wèi)零，這些地點(diǎn)叫作“波節(jié)”；而那些振幅最大的地點(diǎn)稱爲(wèi)“波腹”，兩個波節(jié)間的距離，正好是原來聲波波長的一半。用駐波來懸浮物體，就是當(dāng)波腹處産生的高壓強(qiáng)把物體推向低壓強(qiáng)區(qū)（波節(jié)）的力場，與懸浮粒子/水珠自身的重力達(dá)到平穩(wěn)時，就能夠使其停滯在空中。
移動速度逐步變快的粒子軌跡形成了MATD中的“全息”圖像， 來源：youtube
因爲(wèi)在MATD中快速移動著的粒子是輕盈但實(shí)體存在的物體，因此當(dāng)你試圖伸手觸碰它的時候能夠産生實(shí)際的觸感——“觸感的感覺就像用加壓空氣輕輕噴灑你的手！研究員在采訪中說道。在演示了全部的顯示結(jié)果後，關(guān)掉顯示器，拍打著翅子的蝴蝶就消失了，留下了創(chuàng)造出它的珠子在顯示器底座上彈跳。
觸碰MATD中飛舞的蝴蝶， 來源：youtube
這些看似玄幻的科學(xué)原理總是精巧而簡單，世界上還有更多等著人們?nèi)ヌ剿鞯摹澳g(shù)師禮帽”，讓我們一起期待未來能研究出更多像聲懸浮一樣令人興奮的科技魔術(shù)吧。
