偶然中的必然——X射线的发现

作者：沙森

2015年03月27日 来源：中国科学报　

X射线下的花

伦琴

　　1845年3月27日，德国物理学家伦琴（Wilhelm Rntgen）出生。他因发现X射线而获得1901年第一届诺贝尔物理学奖。

　　X射线又名“伦琴射线”，是一种波长很短的电磁波。波长大约0.01~10纳米，和原子大小相比拟。由于它的波长短、能量大，可以轻易穿过纸板、肌肉等组织，但可以被密度较大物体如金属、骨骼所阻挡。因此在医学上X光可以用来做透视成像，是检查疾病的常规手段。由于X光与原子大小相仿，所以在晶体点阵上，满足某种条件的X射线可以在原子晶格间发生衍射，这样就可以研究晶体结构。

　　伦琴发现X射线虽然有一定的偶然性，但从科技发展水平和当时的技术能力来看又有必然性。1895年末，伦琴计划对阴极射线的穿透能力进行研究。伦琴首先重复前人的实验。但是，为了排除阴极射线与外界的相互影响，保证实验的准确性，伦琴用黑色硬纸板和锡箔把阴极射线管严密地套封起来，这样，管内的可见光就不会漏出管外。实验室是完全遮光的暗室。在接上高压电源进行实验中，伦琴意外地发现，一米以外的一个荧光屏发出微弱的闪光。一旦切断电源，荧光就立即消失。他把荧光屏一步步移得更远一些，发现即使在两米左右，屏上也有荧光出现。伦琴确信，这个新奇现象无法用阴极射线的性质来解释。实验已经证明，阴极射线只能在空气中行进几厘米，不可能使一二米以外的荧光屏发出荧光；同时，阴极射线是不能透过玻璃管的，况且伦琴的管还是被包在黑纸板内的，没有光和阴极射线能从里面透出。

　　经过反复试验，伦琴确信这是一种还没有被人们认识的新射线，它的本质一时还不清楚，故取名“X射线”。他发现X射线可以穿透千页的书，几厘米厚的木板，15毫米厚的铝板等。

　　12月22日，伦琴夫人到实验室来，伦琴就请她把手放在用黑纸包严的照相底片上，然后用X射线对准照射，显影后，看到了伦琴夫人的手骨像，手指上的结婚戒指也非常清楚，这成了一张有历史意义的照片。

　　X射线的发现及研究，对物理学、化学、生物学和医学等都产生了深刻的影响。它使物理学的研究领域从宏观进入到微观、从经典过渡到现代。德国著名物理学家，1914年诺贝尔物理学奖获得者冯·劳厄评价道：“伦琴的伟大之处在于，为数众多的，甚至是杰出的物理学家在伦琴之前利用同样的辅助手段进行了实验，然而他们未能发现这些现象。伦琴向完全未被研究的领域进军，这除了敏锐的目光，还要有巨大的勇气和自制力。”