科學網—偶然中的必然——X射線的發現

2020-11-25 科學網

 

①倫琴妻子手指X光照片


 

②X射線下的花

 

③倫琴

 

圖片來源：百度圖片

1845年3月27日，德國物理學家倫琴（Wilhelm Rntgen）出生。他因發現X射線而獲得1901年第一屆諾貝爾物理學獎。

X射線又名「倫琴射線」，是一種波長很短的電磁波。波長大約0.01~10納米，和原子大小相比擬。由於它的波長短、能量大，可以輕易穿過紙板、肌肉等組織，但可以被密度較大物體如金屬、骨骼所阻擋。因此在醫學上X光可以用來做透視成像，是檢查疾病的常規手段。由於X光與原子大小相仿，所以在晶體點陣上，滿足某種條件的X射線可以在原子晶格間發生衍射，這樣就可以研究晶體結構。

倫琴發現X射線雖然有一定的偶然性，但從科技發展水平和當時的技術能力來看又有必然性。1895年末，倫琴計劃對陰極射線的穿透能力進行研究。倫琴首先重複前人的實驗。但是，為了排除陰極射線與外界的相互影響，保證實驗的準確性，倫琴用黑色硬紙板和錫箔把陰極射線管嚴密地套封起來，這樣，管內的可見光就不會漏出管外。實驗室是完全遮光的暗室。在接上高壓電源進行實驗中，倫琴意外地發現，一米以外的一個螢光屏發出微弱的閃光。一旦切斷電源，螢光就立即消失。他把螢光屏一步步移得更遠一些，發現即使在兩米左右，屏上也有螢光出現。倫琴確信，這個新奇現象無法用陰極射線的性質來解釋。實驗已經證明，陰極射線只能在空氣中行進幾釐米，不可能使一二米以外的螢光屏發出螢光；同時，陰極射線是不能透過玻璃管的，況且倫琴的管還是被包在黑紙板內的，沒有光和陰極射線能從裡面透出。

經過反覆試驗，倫琴確信這是一種還沒有被人們認識的新射線，它的本質一時還不清楚，故取名「X射線」。他發現X射線可以穿透千頁的書，幾釐米厚的木板，15毫米厚的鋁板等。

12月22日，倫琴夫人到實驗室來，倫琴就請她把手放在用黑紙包嚴的照相底片上，然後用X射線對準照射，顯影后，看到了倫琴夫人的手骨像，手指上的結婚戒指也非常清楚，這成了一張有歷史意義的照片。

X射線的發現及研究，對物理學、化學、生物學和醫學等都產生了深刻的影響。它使物理學的研究領域從宏觀進入到微觀、從經典過渡到現代。德國著名物理學家，1914年諾貝爾物理學獎獲得者馮·勞厄評價道：「倫琴的偉大之處在於，為數眾多的，甚至是傑出的物理學家在倫琴之前利用同樣的輔助手段進行了實驗，然而他們未能發現這些現象。倫琴向完全未被研究的領域進軍，這除了敏銳的目光，還要有巨大的勇氣和自制力。」

（沙森整理）

《中國科學報》 (2015-03-27 第6版 歷史)

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