Los Premios Nobel de Física en el Año Internacional de la Luz: Dennis Gabor (1971)

Premio Nobel de Física 1971

“Por su invención y desarrollo del método holográfico”

Dennis Gabor (1900-1979). Nobel Museum, Stockholm. Credit: A. Beléndez

Dennis Gabor (1900-1979). Nobel Museum, Stockholm. Credit: A. Beléndez

Dennis Gabor (1900-1979) nació el 5 de junio de 1900 en Budapest y aunque la física le fascinaba, decidió estudiar ingeniería. Más tarde escribió, “ser físico no era todavía una profesión en Hungría y ¿con apenas media docena de cátedras de física en todo el país, quién podría haber sido tan presuntuoso para aspirar a una de ellas?”. Al cumplir los dieciocho años fue enviado al norte de Italia para servir en la artillería austro-húngara en los últimos meses de la Primera Guerra Mundial y finalizada la contienda inició estudios de ingeniería en Budapest que concluyó en la Universidad de Berlín donde obtuvo el Título de Ingeniero Eléctrico en 1923 y el de Doctor Ingeniero en 1927. Ese mismo año entró a trabajar en uno de los laboratorios de física de la compañía Siemens & Halske de Berlín, en la que comenzó a desarrollar algunos de sus numerosos inventos. Como prueba de su fructífera labor como inventor presentó 62 patentes entre 1928 y 1971. En 1933, y tras le llegada de Hitler al poder, Gabor abandonó Alemania pues no le renovaron su contrato en la compañía Siemens debido a su origen judío y en 1934 marchó a Inglaterra, donde consiguió un empleo en la British Thomson Houston Company.

A lo largo de su vida Gabor siempre decía que él era ingeniero e inventor en vez de científico, a pesar de que su trabajo estaba casi siempre relacionado con la física aplicada. Pero Gabor, también fue un humanista en el más puro sentido del Renacimiento: lector voraz, escritor, ensayista, hombre preocupado por la sociedad tecnológica de finales del siglo XX y miembro del Club de Roma. Desde 1958 dedicó gran parte de su tiempo al estudio del futuro de nuestra civilización industrial sobre el que publicó, entre otros, el libro Inventando el futuro en el que señalaba “tú no puedes predecir el futuro, pero puedes inventarlo”.

Pero volvamos al año 1947 en el que la holografía comienza su andadura en un laboratorio de una empresa de ingeniería eléctrica en el que Gabor trabajaba en la mejora del microscopio electrónico. Con este instrumento se había aumentado en cien veces el poder de resolución de los mejores microscopios ópticos y se estaba muy cerca de resolver las estructuras atómicas, pero los sistemas no eran lo bastante perfectos. Su limitación estaba relacionada con la aberración esférica de las lentes magnéticas del microscopio. Para resolver este problema Gabor se preguntó: “¿por qué no tomar una mala imagen electrónica, pero que contenga la información ‘total’ de la misma, reconstruirla y corregirla mediante métodos ópticos?”.

Dennis Gabor

La contestación a esta pregunta se le ocurrió mientras esperaba para jugar un partido de tenis el Domingo de Pascua de 1947  y consistía en considerar un proceso en dos etapas. En la primera etapa, el registro, produciría el diagrama interferencial entre el haz de electrones objeto y un fondo coherente que registraría en una placa fotográfica. A este interferograma Gabor lo llamó holograma, del griego ‘holos’, que significa ‘la totalidad’, pues contiene la información total (la amplitud y la fase) de la onda objeto. En la segunda etapa, la reconstrucción, iluminaría el holograma con luz visible, reconstruiría el frente de onda original y podría corregirlo por métodos ópticos para obtener una buena imagen.

Para conseguir franjas de contrastadas es necesario disponer de una fuente de iluminación de gran coherencia, la cual no existía en tiempos de Gabor. A pesar de ello, en 1948 Gabor realizó el primer holograma con luz proveniente de una lámpara de mercurio, una de las mejores fuentes de luz coherente antes del láser. El objeto de este primer holograma era una pequeña diapositiva circular que contenía los nombres “Huygens, Young y Fresnel”, tres físicos a los que Gabor consideraba importantes por haber puesto las bases de su técnica a la que denominó reconstrucción del frente de onda.

Póster de la conferencia de Gabor de 1948 (The MIT Museum – Holography Collection from the Museum of Holography).

Poco después presentó un trabajo más extenso, de treinta y tres páginas, ante la Royal Society de Londres en el que señalaba: “el nombre ‘holograma’ no es injustificado, al ser la fotografía que contiene la información total necesaria para reconstruir el objeto, que puede ser bidimensional o tridimensional”. El New York Times publicó en septiembre de ese mismo año la primera noticia sobre esta nueva técnica, mientras que en diciembre de 1948 Gabor presentó una patente relacionada con la mejora de imagen en microscopía electrónica. Gabor consiguió en 1949 un puesto de profesor en el Imperial College de Londres, gracias a la buena acogida que tuvo su idea de la reconstrucción del frente de onda entre científicos como Sir Lawrence Bragg y Max Born, ambos premios Nobeles de física, y Sir Charles Darwin, nieto del evolucionista y Director del Laboratorio Nacional de Física de Gran Bretaña.

En los años siguientes la técnica fue estudiada por Gordon Rogers en Inglaterra, Adolf Lohmann en Alemania y en la Universidad de Stanford: Paul Kirkpatrick, Albert Baez (padre de las cantantes Joan Baez y Mimi Fariña) y Hussein El-Sum. Este último realizó la primera tesis doctoral sobre holografía en 1952 y en el periodo comprendido entre 1948 y 1955 se publicaron unos cincuenta artículos sobre la técnica de Gabor.

Sin embargo, sólo se consiguieron imágenes pequeñas y borrosas y hacia 1954 Gabor estaba frustrado hasta el punto de la desesperación, intentando, sin éxito, convencer a sus colaboradores que continuaran con las investigaciones. Pero todos ellos habían perdido el interés por dos razones importantes. La primera, la imposibilidad de obtener resultados óptimos cuando aplicaban el método al microscopio electrónico y la segunda, la etapa de reconstrucción del holograma que era imperfecta. El método de Gabor genera un holograma en eje cuya calidad es pobre debido al solapamiento de la imagen virtual y la imagen real o conjugada. Al contemplar la imagen virtual o la real siempre aparece la otra imagen desenfocada como fondo. En 1955, y tras investigar varios montajes ópticos para minimizar el efecto de la imagen conjugada, Gabor abandonó sus investigaciones sobre holografía.

Gordon Rogers, quizás el más entusiasta de los primeros investigadores en holografía, escribía: “por lo que a mí respecta, estoy feliz de dejar que la técnica de reconstrucción del frente de onda muera de forma natural; le veo relativamente poco futuro y estoy deseando dedicarme a otra cosa”. Hasta tal punto pensaba Gabor que no era un tema importante que, en 1958, cuando se presentó a una cátedra en el Imperial College, apenas mencionó su trabajo sobre microscopía por reconstrucción del frente de onda.

La explosión holográfica, originada en los Estados Unidos entre 1962 y 1965 gracias a las contribuciones de Leith y Upatnieks y a las de otros investigadores de la Universidad de Michigan, rehabilitó la figura de Gabor que pasó de ser prácticamente un desconocido a recibir en 1971 el Premio Nobel de Física “por la invención y desarrollo del método holográfico”.

Dennis Gabor recogiendo el Premio Nobel de Física de 1971 de las manos del Rey Gustavo Adolfo VI de Suecia.

BIBLIOGRAFÍA

Dennis Gabor, “Autobiography” (http://www.nobelprize.org).

About Augusto Beléndez

Catedrático de Física Aplicada en el Departamento de Física, Ingeniería de Sistemas y Teoría de la Señal de la Universidad de Alicante. Miembro del Instituto Universitario de Física Aplicada a las Ciencias y las Tecnologías (IUFACyT) así como del Grupo de Investigación "Holografía y Procesado Óptico" (GHPO) y del Grupo de Innovación Tecnológica-Educativa "Física, Óptica y Telecomunicaciones" (GITE-FOT). Miembro de la RSEF y SEDOPTICA. Senior member de la OSA y Fellow member del SPIE. -- Full Professor of Applied Physics in the Department of Physics, Systems Engineering and Signal Theory at the University of Alicante (Spain). Member of the University Institute of Physics Applied to Sciences and Technologies (IUFACyT) as well as the Research Group "Holography and Optical Processing" (GHPO) and the Technological-Educational Innovation Group "Physics, Optics and Telecommunications" (GITE-FOT). Member of the RSEF and SEDOPTICA. OSA Senior member and SPIE Fellow.
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