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X射線的發(fā)現(xiàn)歷程
1799年，意大利科學家伏打發(fā)明伏打電堆，為獲得持續(xù)的恒定電流提供了可能性，x射線的發(fā)現(xiàn)1000字論文。而穩(wěn)恒電流的獲得，使那個時代的科學家充分研究了電流的各種效應及其規(guī)律，同時也給電磁學的發(fā)展開辟了新的研究領域。在這方面，以奧斯特為開端，終于使電的研究從神秘王國進入了實用的階段。
陰極射線的發(fā)現(xiàn)及研究
1858年德國物理學家普呂克（J．Plucker）利用“蓋斯勒管”研究氣體放電時發(fā)現(xiàn)，陰極的輝光會隨著磁場的變化改變其形狀。1859年，他又在對著陰極的管壁上看到了綠色熒光。1869年普呂克的學生希托夫（J．W．Hittorf）發(fā)現(xiàn)，如果把物體放在點狀的陰極和產(chǎn)生熒光的管壁之間，物體就會產(chǎn)生清晰的影子，這表明射線起源于陰極。他斷言，從陰極發(fā)出了一種直線傳播的射線，撞擊在玻璃壁上發(fā)出了熒光。1876年，德國物理學家哥爾德斯坦（E．Gold-stein）把普呂克發(fā)現(xiàn)的這種射線稱為“陰極射線”。
從1883年起赫茲（H．Hertz）對陰極射線進行了一系列實驗，發(fā)現(xiàn)陰極射線是連續(xù)射出的，不是像一些人所觀察到的陰極射線具有脈沖的性質；陰極射線的徑跡也不一定與真空管中電流的走向一致；陰極射線在電場作用并不偏轉，其靜電性質和電磁性質也非常微弱。1891年，他更進一步發(fā)現(xiàn)，陰極射線能夠穿透金屬薄片（金箔、銀箔、鋁箔），這似乎證明陰極射線不是粒子流（因為當時人們已知的任何物質粒子都不可能穿過金屬薄片）。
從1892年起，赫茲的學生勒納德（P．Lenard）也從事陰極射線的實驗研究。他試圖使陰極射線越出真空管外，以便在管外方便地研究它的性質。他想到石英板對紫外光一類射線是透明的，陰極射線很可能也會透射過去。但實驗失敗了。他接受赫茲的建議，用厚為0．000265厘米的鋁箔代替石英板，陰極射線立即穿透了這些鋁箔，使管外幾厘米遠處的熒光屏發(fā)出熒光。他斷言，陰極射線并不是飛行的粒子，而是“以太中的現(xiàn)象”。
倫琴的意外發(fā)現(xiàn)
對于赫茲和勒納德發(fā)表的論陰極射線穿透力的論文，倫琴有自己的一些看法。他認為還有不少問題未得到解釋。他決定對陰極射線進行進一步的研究。倫琴首先使用勒納德管重新做了赫茲和勒納德的實驗。他用硬紙板和錫箔把放電管包起來，以排除放電管和外界的相互影響。發(fā)現(xiàn)當放電管的薄鋁窗和涂有鉑氰化鋇的熒光屏很接近時，熒光屏上有熒光產(chǎn)生；當他改用克魯克斯管重做這個實驗時，也有熒光產(chǎn)生。這就證實了勒納德的發(fā)現(xiàn)。
1895年11月8日，當倫琴繼續(xù)進行實驗時，為了防止紫外線和可見光的影響，并不使管內的可見光線漏出管外，倫琴用黑硬紙板把放電管嚴密地套封起來，在接通電源后，他意外地發(fā)現(xiàn)不遠處一塊涂有鋇鉑氰化物的屏上發(fā)出了熒光。但倫琴的管子是被包在黑紙板內的，不可能有光或陰極射線從里面射出。房間是暗室，無一點亮光，屏上出現(xiàn)的熒光又來自何處呢？倫琴一切斷電源，屏上的熒光就消失了，一接上電源，熒光就出現(xiàn)，這使倫琴大惑不解。倫琴把不遠處的熒光板翻轉，把沒有涂上鋇鉑氰化物的一面朝向管子，管子接通電源后，屏上仍然有熒光，把屏移得稍遠一些，屏上的熒光并不消失。這個新奇現(xiàn)象使倫琴確信，從放電管中發(fā)出的肯定不是陰極射線，因為勒納德和他本人都已經(jīng)通過實驗證實，陰極射線只能在空氣中行進幾個厘米，絕不可能到達1米外的熒光屏處。還有，陰極射線也不具備穿透玻璃管的能力。
倫琴繼續(xù)進行他的觀察。他在熒光屏與管子之間放上幾樣東西，竟然發(fā)現(xiàn)這幾樣東西好像是透明的物體。他又把自己的手伸到管子前面，屏上居然出現(xiàn)了他的手骨形象，這更令倫琴大吃一驚。他確信，他已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種新射線！但倫琴的性格穩(wěn)重踏實，在沒有對新發(fā)現(xiàn)進行最后確證之前，他是不會外泄消息的。此后的六個星期，倫琴把自己關在實驗室里，仔細研究新射線的方方面面。比如他發(fā)現(xiàn)新射線可以穿透千頁的書，二、三厘米的木板，15毫米厚的鋁板，只有鉛等少數(shù)物質對這種射線有較強的吸收能力。1895年12月22日，倫琴夫人來到實驗室，倫琴就請他把手放在用黑紙包嚴的照相底片上，用這種新奇的射線拍下了倫琴夫人的手骨像，連手指上的結婚戒指都非常清晰。這就是科技史上十分有歷史意義的一張照片。由于一時還搞不清楚這種新射線的本質，倫琴就把它稱為“X射線”。
X射線的發(fā)現(xiàn)轟動了世界
1895年12月28日，倫琴將《論一種新的射線》為題的論文遞交給了維爾茨堡物理學醫(yī)學學會。論文一點也沒有提及他最初的感覺和疑惑。倫琴在論文的開頭這樣平淡地寫道：
“如果我們用一具大型的魯姆科夫（H．D．Ruhmkorff）線圈通過希托夫射線管或任何有足夠真空度的勒納德管、克魯克斯管或其它類似的管子來放電，再把管子用黑色薄硬紙板嚴密遮蓋起來。在完全黑暗的屋子里就能看到在涂有鋇鉑氰化物的紙屏上發(fā)出明亮的輝光。讓涂有鋇鉑氰化物的一面向著或背著放電管，結果都一樣。”
論文接著陳述了X射線的性質，其中包括X射線的直線傳播，通過棱鏡時不發(fā)生反射和折射，也不能被透鏡聚焦，可使熒光物質發(fā)出熒光，具有很強的貫穿本領，在磁場中不發(fā)生偏轉等。
1896年元旦，倫琴將他的論文和X射線照片復制件分送給一些著名科學家，玻爾茲曼、
瓦伯格（O．Warberg）、科爾勞希（F．Kohlrausch）、開爾文勛爵、斯托克斯和彭加勒都收到了倫琴的論文。不少科學家讀過倫琴的論文，立即奔向自己的實驗室，試驗是否可以看到X射線，他們都看到了。但在社會上，倫琴的論文立即引起了軒然大波，人們無法相信他的論文。但論文附有人手的照片，是無法否定的證據(jù)。到1月4日，距離科學家收到論文僅幾天時間，X射線照片就被列為柏林物理學研究所舉辦的“紀念柏林物理學會成立50周年”展覽會上的展品。1月5日，維也納《新聞報》第一個作了報導；1月6日，倫敦《每日紀事》向世界各地發(fā)布了發(fā)現(xiàn)X射線的新聞。隨后，世界各地報刊雜志也紛紛作了報導。意大利王后聽到這一消息后，很想觀賞一下X射線的奇妙，就請物理學家贊奇（A．Zanchi）來為她作一次表演，結果贊奇花了一個晚上用水銀真空泵來抽空玻璃管。他一夜擔心，惟恐抽不成真空。幸而他做成了，王后得以大飽眼福。
倫琴的發(fā)現(xiàn)也引起了人們驚恐的好奇心。有的報紙借倫琴夫人的手骨照片進行歪曲�？謬樑總冋f，今后穿什么衣服都不安全；投機商人則趁機制成“防X光保險內衣”，借機想發(fā)一筆橫財。美國新澤西州的一位議員還強烈要求制定法律，禁止使用X射線。人們在驚奇之余，也想到了X射線的用途，尤其是看到X射線可以使人手的骨頭清晰可見，可以使深陷在體內的槍彈顯示出來，立即想到它在醫(yī)學上的重大實用價值，并把它很快用于醫(yī)學和金屬探傷。
X射線的發(fā)現(xiàn)也給倫琴帶來了國際聲譽。在發(fā)現(xiàn)X射線之后的幾個月里，倫琴收到了世界各地寄來的請他去講學的邀請信。但他只接受了其中的一次，其余的都被他謝絕了。1896年1月13日，德國皇帝也邀請他去表演，這使倫琴很是緊張了一陣子。他說：“我希望能靠托皇上的洪福保佑我的真空管無恙。這些管子是很脆弱的，常常會報廢，而且要用四天左右的時間才能制成一個新的�！边@次表演使倫琴受到和德皇同席欽宴的隆重待遇，并獲得一枚皇帝授予的“二級皇冠勛章”。1896年，倫琴還成為他出生地的榮譽公民和柏林、慕尼黑科學院的通訊院士，被授予英國皇家學會的倫福德獎章。1901年，當新設立的諾貝爾獎頒發(fā)時，他第一個成為獲得諾貝爾物理學獎的人。在最初的三個月內，倫琴的論文被印行5次，第五版同時用英、法、意、俄等多國文字印行。在1896年一年內，關于X射線的書籍和小冊子就有48種之多，研究論文達1000多篇。
倫琴發(fā)現(xiàn)的奧秘何在
1896年2月8日，倫琴曾給他的好朋友贊德（L．Zehnder）寫過一封信，詳細介紹了他發(fā)現(xiàn)X射線時所使用的實驗儀器及實驗時的一些具體細節(jié)：
“我采用的是一只大型50／20公分的魯姆科夫線圈和一個德普雷士斷續(xù)器，初級線圈電流約為20安培。我采用的儀器仍舊靠普賴斯真空泵，要好幾天才能抽得合格的真空度。當并聯(lián)的放電管電花隙為3公分左右時，效果最佳。
用過一段時間后，任何管子都會漏氣。采用任何產(chǎn)生陰極射線的方法都會獲得成功。使用臺斯拉式的白熾燈以及使用不帶電極的管子時也是一樣。我攝影用了30分鐘，這要看做實驗時的條件而定�！�
看來，倫琴發(fā)現(xiàn)X射線時使用的設備并沒有什么特別之處，別的科學家也是使用這些儀器進行相關研究的。為什么倫琴使用這些儀器發(fā)現(xiàn)了一種新現(xiàn)象，而別的科學家沒有獲得這樣的發(fā)現(xiàn)？倫琴發(fā)現(xiàn)的真實過程如何？他本人又有什么與眾不同之處？對于前者，在倫琴發(fā)現(xiàn)X射線后就有很多猜測。1896年2月8日，倫琴給他朋友贊德的信中已經(jīng)提到，“在這些新聞報導中，我的研究工作被說得面目全非。照片對我來說只是達到目的的手段，但是卻被看成是最重要的事情。”說明當時對“倫琴是如何發(fā)現(xiàn)X射線的”就有許多傳聞和不正確的猜測。連他的好朋友贊德在信中也對倫琴的發(fā)現(xiàn)過程進行了推測，但倫琴在回信中表示了明確的不贊成；“目前我還不能采納您在X射線上所作的種種推測�？磥�，企圖用某種并非無懈可擊的假設來解釋性質不明的現(xiàn)象，那是不容許的，也是不利的�！钡珎惽偈窃鯓影l(fā)現(xiàn)X射線的？倫琴本人并沒有明確地說明過，我們今天只好根據(jù)事實推測了。
至于第二個問題，即倫琴本人有什么與眾不同之處？答案應該是肯定的。因為在倫琴之前，別的科學家已經(jīng)“發(fā)現(xiàn)”了X射線，不過沒有意識到那是一種新現(xiàn)象，讓這種機遇悄悄溜走了。比如克魯克斯在1879年就曾經(jīng)注意到，放在陰極射線管旁邊的照相底版出現(xiàn)了模糊的黑影。他把這歸因于生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品質量有問題，只是抱怨廠家的產(chǎn)品質量不過關。同樣，1890年，古斯比德（A．W．Goodspeed）和詹寧（W．W．Jennings）在費城也“發(fā)現(xiàn)”了同樣的問題，只是未引起充分重視。勒納德和其他一些德國物理學家也看到陰極射線管附近的熒光，但由于他們正專注于陰極射線性質的研究，只把這個看作“莫名其妙的次要現(xiàn)象的特征”，沒有認真加以對待。他們都未能像倫琴那樣緊緊抓住新現(xiàn)象并深入研究下去，只有倫琴這樣做了，說明倫琴一定具有與他們不同的素質。
首先，把倫琴的發(fā)現(xiàn)完全歸結為“偶然”是不合適的。把熒光屏放在放電管附近，這或許是出于偶然，但倫琴使用過熒光屏卻不是偶然的，因為研究陰極射線時完全可以不用它。他有意去使用鉑氰化鋇這種熒光物質，目的就是試圖尋找“放在放電管附近包裹在不透光紙中的照相底片為什么意外感光了”這一問題的答案。也許他已猜到有一種新射線，這才想到使用熒光物質進行檢驗。倫琴的行動目的是明確的，說明他立即抓住了機遇不放。
倫琴的科學素質是他取得成功的又一原因。在1879年—1888年，倫琴在吉森大學進行了多方面選題的理論和實驗研究，包括電磁學、光學、晶體物理學。這使他對各種專門問題都具有廣博的知識，對他后來的發(fā)現(xiàn)也會有很大作用。
倫琴年輕對受到過成為一個工程師的嚴格訓練，養(yǎng)成了自己動手出色地制造實驗設備和儀器的習慣，并且培養(yǎng)起了敏銳的觀察力，非常善于利用簡單的儀器進行觀測，憑借簡單的儀器獲得高精度結果的能力。他自己在一次演講中就充分表達過重視實驗的思想。他說：“實驗是最強有力的杠桿，我們可以利用這個杠桿撬開自然界的秘密。在解決對某一假說是保留還是摒棄這樣一個問題時，這個杠桿應當成為?最高一級的審理法院?�！卑亓挚茖W院在X射線發(fā)現(xiàn)后致倫琴的賀信中也評價倫琴是一位“把完善的實驗藝術同最高的科學誠意和注意力結合起來的研究者”，認為倫琴“應當?shù)玫阶鞒鲞@一偉大發(fā)現(xiàn)的幸福�！�
像法拉弟一樣，倫琴也具有以直觀的形式提出物理思想和理論的能力。正如索末菲說過的那樣，倫琴不需要“數(shù)學的拐杖”。
小小遺憾
倫琴在1895年撰寫的那篇著名論文里，對X射線的本質曾提出一種猜想：“新射線是否以太波縱向振動的結果？”他當時認為，“我是越來越相信這一種論點了。”他向自己提出：“我覺得應該把我認為可能的這一論點講出來，雖則我清楚地知道這樣的解釋還需要進一步去證實�！钡莻惽俦救藳]有能夠進一步去了解X射線的本質。在發(fā)現(xiàn)X射線以后，他只進行了一年多的研究，并只發(fā)表了兩篇和X射線有關的文章，一篇是《論一種新的射線》（續(xù)篇），1896年3月9日送出；另一篇是《關于X射線性質的進一步觀察》，1897年3月送出，資料《x射線的發(fā)現(xiàn)1000字論文》。隨后，倫琴就回到了自己原來的研究課題上去了，而把對X射線的研究留給了年輕的新生力量去做。又經(jīng)過了16年，勞厄、弗里德里希（W．Friedrich）、尼平（P．Knipping）等人才最終解決X射線的性質問題。倫琴何以會這樣做？那只有靠我們的猜測才能解決了。
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