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| 中外科学家发明家丛书：伦琴 （四） | 发布于:2012/10/13 | |
| 四、X射线的发现 “毫克必较”的教授 威廉海姆·伦琴回到了维尔茨堡。这里的物理世界曾经属于孔脱、库鲁 劳修，现在属于他啦。 伦琴下车伊始，便召集学生们训话，他严肃地说：“研究物理学需要具 备两个武器，这就是设备和计算，其中尤以设备为重。所以，你们务必加倍 爱护所使用的仪器，假若你们想要和我相处融洽，那就更要记住这个问题。” 新来的伦琴教授的严肃态度，使学生们谨慎起来。 在维尔茨堡正式开始物理实验之前，伦琴拿出他们从吉森大学带来的天 平砝码。在吉森的最后一段时间里，选塔在伦琴的指导下，曾经对一百克的 砝码进行认真鉴定，并经与柏林的度量衡标准检查局的砝码相比较，准确测 量后专程带到维尔茨堡的。 虽然维尔茨堡大学也有已经鉴定过的砝码，但伦琴坚持要把两个学校的 砝码进行一下比较。 检测结果是：两个砝码存在着极其微小的误差。但伦琴却发了很大的脾 气。 “怎么回事？选塔，我对你一直都很信任，这次却要让我改变看法了。 误差是十万分之一，一百克的十万分之一就是一毫克，一毫克的误差可不算 小啊！” 选塔知道教授对待物理学的态度，他是决不允许有哪怕一星半点疏忽 的，为了这点儿疏忽他甚至会毫不留情地免去选塔的职位。选塔吓得脸色发 青：“我确实是精心测量的。” 伦琴让选塔把两个砝码寄往柏林，请他们重新检测。 误差的原因查明了：维尔茨堡大学的砝码上粘着肉眼几乎看不见的黑 锈，再加上吉森和维尔茨堡的空气中氮和氧的比例略有不同而造成比重的微 小差异，从而引起了质量的差异。 这样，伦琴才放心地开始使用这个天平，并恢复了对选塔的信任。 而正是伦琴这种“极端”认真的态度，才使他没有放过一个偶然的发现， 并以他40年来所特有的执着为人类做出了巨大的贡献。 大发现的前兆 自然界充满了许多不可思议的、奇妙的、尚未为人所知的神秘的东西。 要发现它，必须有充足的准备、明察秋毫的观察力，以及对一切未知事物的 好奇心。 19世纪70年代初，伦琴还在苏黎世工业大学时，在孔脱教授的指导下， 刚刚开始向物理学的进军，自然界已经准备向人类透露一个新秘密了。 波恩大学的数学教授儒略·普留卡设想并制造了一个奇怪的玻璃管。玻 璃管的两端封以金属片，并用针管把中间的空气抽出来，使管内接近于真空 状态，这时在两个金属片间通电，就会在玻璃管内产生真空中的放电现象— —一道奇怪的光线从阴极金属片流向阳极金属片。 后来普留卡的徒弟，明斯特大学的约翰·威廉海姆·合吐路夫教授对普 留卡的玻璃管进行了一些改进，使它成了一种人们称为“合吐路夫管”的管 子。 英国的科学家威廉·克鲁克斯于1861年发现了新的元素铊之后，注意到 了合吐路夫管，并开始研究它，他在合吐路夫管里放进一个小的能转动的圈 儿，通电以后，会看到那个圈儿在管内滴溜溜地转着。这使克鲁克斯意识到， 这定有什么东西从阴极向阳极流动着，它还发出了不可知的光，这种光也可 能是某种粒子。克鲁克斯的脑海里产生了拍下这个光线的念头。 于是，他把实验室全部遮盖起来，弄得屋子里黑糊糊地什么也看不见， 然后给合吐路夫管通电，接着便看见了一道奇特的蓝白色的光线。 克鲁克斯仔细确定了曝光时间，然后按下了快门。按理说里面闪烁着蓝 白色光的合吐路夫管应该被照下来了，可是一显影，令人吃惊的是竟然什么 也没照上，只是一片模糊不清。克鲁克斯以为是感光玻璃板失效了，就又拍 了一张，却仍然是一片阴影，根本看不到合吐路夫管细长的形状。 “房间里是不是有什么地方漏光了，总是让感光板提前曝光，什么也照 不下来？” 又试着拍了几次，都不行，克鲁克斯感到很失望就放弃了这个试验。 这个让感光板莫名其妙曝光的光线，就是后来被伦琴发现并确定其存在 的X射线。克鲁克斯首先“遇”到了它，但遗憾的是他却没有意识到它的存 在，更没有主动地去寻找它，因而与世界上的一个重大发现失之交臂。 此后，还有另外一个人也错失了良机。他就是美国宾夕法尼亚州的古德 斯皮都教授。 古德斯皮都教授也曾研究过合吐路夫管，于是一位朋友请他给照一张合 吐路夫管的照片，他很热心地照了一张，并把底片交给了那个朋友。显影之 后，发现感光模糊。教授就又给照了一次，仍然不清楚。古德斯皮都嘟哝着： “哪儿跑光了？”这件事就这么过去了。 未知的光线已经出现了，却被这两个人轻易地“想当然”地放走了。所 以，只有真正细心的人、工作踏实认真的人，才能没有遗憾。 发现X射线的重任，只有留待伦琴来完成了。 X射线的发现 1894年1月2日，威廉海姆·康拉德·伦琴荣升为维尔茨堡大学总长（即 旧时综合大学的校长）。 随后。伦琴继续进行他对电流的研究，这次他的研究对象是阴极射线。 这个时候，荷兰的洛林兹教授——伦琴电流的命名者，已经证明了阴极 射线是电子流动的现象。 什么叫电子呢？ 世界上的一切物质都是由分子构成的，分子是代表该物质性质的最小单 位；分子进一步分为若干个原子，原子又是由一个带正电荷的原子核和若干 带负电荷的电子组成的。所以，电子是组成原子的一种基本粒子。 哈吐路夫管里流动着的东西，就是这种构成原子的基本粒子。这个粒子 碰撞在管壁上，就会发出荧光，人们才能看见蓝白色的颜色。此外，它还发 出了一种肉眼看不见的光线——它能使感光板感光，在伦琴发现它之前，人 们还不知道它的存在。 1895年11月8日，一个星期五的傍晚，深秋的寒风吹得树叶瑟瑟作响。 维尔茨堡大学物理研究所实验室的一个房间亮着灯。这是物理所的所长伦琴 先生在进行实验。 老师、助手和学生们早已走光了，整个楼里没有一点点声音，只有年过五十的伦琴一个人静静地坐在实验台前。他根本没有料到，就在这一天，这 样一个夜里，他即将做出一个重大发现——他只是像以前的无数个日子一 样，孜孜不倦地进行着研究工作。 桌子上摆放着一排排各种各样的仪器、用具。伦琴正在摆弄一台真空放 电器，这就是克鲁克斯和合吐路夫两个人都曾研究过的那种特殊的玻璃管的 改进装置。他在全部由玻璃做成的合吐路夫管的两端，接上有水银断继器的 感应线圈，然后再接上高压电，于是便听到了“啪、啪”的响声，蓝白色的 光线也开始在玻璃管里流动。 “阴极射线出来啦。” 伦琴一只眼睛的视力已经大大减弱了，但是他还是目不转睛地盯着那放 电装置。过了一会儿，他稍微动了动射体，忽然，他隐约感到射线管附近的 一块氰亚铂酸钡屏幕上透出了一点荧光。因为要观看放电情况，屋子里的灯 开得的较暗，所以他能看到那很微弱的光。 “这是怎么回事？” 按理说阴极射线是不能通过玻璃管壁的，它所放出的光也不可能从合吐 路夫管里跑出来，那荧光屏上反射的是哪儿来的光呢？ 为了再看看清楚，伦琴把所有的灯都关掉了，屋子里全暗了下来。 “啊！”这一回荧光屏上的光更清晰了，伦琴不知不觉喊出了声。“难 道我设计的装置不够严密？” 这回他放下了窗帘，然后又用黑纸一层一层地把合吐路夫管紧紧地给包 上。屋子黑漆漆的。“这回应该不会有光了吧？” 摸索着给合吐路夫管通上电。阴极射线的蓝白色光线，完全被黑纸挡住 了，一点儿也看不见。可是离放电器两米远的荧光板却依然发着光。停止给 合吐路夫管供电时，荧光板上的光线就消失了。这不会错的，一定是有一种 肉眼看不到的东西从合吐路夫管里跑出来，使荧光屏发光的！ 谨慎的伦琴压抑住内心的激动，继续进行实验。他又卷了厚厚的十张黑 纸，仔细地把合吐路夫管再包起来，反复供电，断电，荧光屏也时明、时灭； 把铝扳夹在合吐路夫管和荧光屏之间，荧光屏继续发光；把书本、木头、玻 璃等等他手边能拿到的一切东西都试了一遍，荧光屏依然亮着。只有当他把 沉重的铅板档隔在中间时，荧光屏才不亮了。 “真是太奇妙了！” 从来不疏忽的伦琴认定这一次的发现是很了不起的。通过一次又一次的 试验，他慢慢认识到这个未知的光线，容易透过密度小的物质，如纸、木头、 铝等；而阻隔物的密度越大，光线就越容易被其吸收，透不过去。 伦琴提心吊胆地把自己的手搁进去。 “啊呀，显示的是骨骼！” 在荧光屏上模模糊糊地映上了一只可怕的手骨。手的轮廓也隐约可见。 这个未知的光线几乎全部透过了肌肉部分，有骨胳的地方却被挡住了， 所以显示在荧光屏上，骨骼的部分成为深深的影子。伦琴激动紧张得汗流满 面。从事物理学的研究、实验将近40年了，他从来没有像今天这样惶恐不安 过。 伦琴逐渐地冷静下来，摸着胡须在实验室里踱来踱去。 “我已经可以肯定人类还没有发现过它！那么，就把它做X光吧！” 在数学里，习惯上把未知数称为X。因为这是新发现的、尚未弄清楚其性质的光线，所以伦琴叫它X光。 考虑到对新发现的X光还不了解，伦琴没有对任何人讲这件事，他只是 比以前更加勤奋地进行实验，甚至达到了夜以继日的程度，连家也不怎么回 了。他要尽快地了解它，掌握它。 从11月到12月间，天气逐渐冷起来了。但是伦琴教授依然整日关在实 验室里埋头研究，并且干脆搬了张床放在研究室里。同事、学生们都非常奇 怪：教授这是怎么了？ 伦琴不顾别人有什么看法，整整7个星期，他仿佛生活在一个独立的世 界里，几乎是奋不顾身地忘我地研究着X射线。 他首先弄清楚了一点：X射线是阴极射线碰到金属板时发出的。 随后，伦琴重点研究了这个神秘光线的穿透性，身边的所有东西被他试 了一遍又一遍。最后，伦琴想利用X光线拍照。在用纸包着的合吐路夫管发 出的阴极射线旁边，放上一起感光板，通电之后发现整张感光板都被感光了。 这使伦琴弄清了X射线和普通光线一样，能够使感光板感光。他进一步 推进自己的实验：把砝码放在木箱里，木箱后面摆好感光板，然后在前面对 木箱用X光照射，把感光板显影后，发现砝码的黑影被清清楚楚地照了下来。 看来X射线可以透过一个物体照到另一个物体上。伦琴还给屋门拍了一张X 光的照片，结果是发现了一个模糊不清的影子。他当即叫人拆开了大门，找 到了一个金属片，伦琴这才心满意足！ 伦琴这样没日没夜的工作不仅令学生和助手们感到费解，也使夫人别鲁 塔深感不安。他不知道几个星期以来很少回家，即使回到家也是一副若有所 思模样的丈夫是不是遇到了什么麻烦事，同时他也很为他的健康担心。 这一天，伦琴又没有回家。这已经是12月22日了，即圣诞节的前夕， 别鲁塔夫人十分生气，决定亲自去看一看丈夫究竟在干什么。 她看到实验室里的伦琴完全不像在家里面的样子而是兴高采烈的。见到 夫人光临，伦琴有些吃惊，但还是很高兴。他知道夫人是来兴师问罪的，便 先说道：“别鲁塔，过来看看我的伟大发现。” 他让夫人把手搁在照相底片上，给她拍了张X射线照片，这也是X射线 照出的人类手的第一张照片，它也成为历史上最著名的一张照片。伦琴亲自 在照相底片上用钢笔写上了1895年12月22日。 显影以后，别鲁塔看到了自己手的骨骼，惊叹不已：真是太伟大了！这 个圆环是什么呢？ “你手指上戴的结婚戒指呀！” 夫妇两人相视而笑。 接着，在别鲁塔的支持下，伦琴放弃了圣诞节，写成了第一篇关于X射 线的报告。这篇报告以《关于一种新的光线》为题，用严密的文笔，把他历 时7个星期的研究成果，写成了16个专题。 举世瞩目的成就 伦琴的发现一经公开，立即引起了世界性的强烈反响。 首先，在科学界立刻形成了一股“X射线热”。几乎欧洲所有的实验室 都开始用合吐路夫管来进行试验，拍照；一夜之间就冒出了数以百计的X射 线专家，报刊上也塞满了各种X射线的照片，如头骨、手骨、脚骨照片等； “X射线和医学”、“X射线和政治”等等文章充斥了所有的报纸。 伦琴也获得了前所未有的荣誉。1896年1月23日，德国皇帝威廉一世召见了伦琴，并授予他皇家伦福奖金。伦琴在领奖时的发言中说道：“我今 日的这份荣誉应归功于在天的孔脱教授。当年是他始终鼓励我，即使我错了， 他也教我不要泄气。……朋友们，研究学问犹如在黑暗中摸索，多么需要温 暖、友谊和帮助啊！” 此后，一系列的荣誉和称赞更是接蹦而来。维尔茨堡大学授予他医学博 士；故乡里乃堡市通知他已授予他“荣誉市民”的称号。国外也寄来了许多 奖赏和勋章：英国伦敦皇家学会的拉木费德勋章，美国富兰克林研究所的伊 利奥德·克莱松勋章，法国的、意大利的……等等。 面对荣誉，伦琴始终保持着谦虚的态度。自公布自己的重大发现之后， 他仅亲自做过一次关于“X射线”的讲演。 那是1896年1月23日，在德国科学协会的会议上。 那天会场上人山人海，盛况空前。 在演讲中，伦琴为解剖学家克里卡教授拍了一张手的X射线照片，当时 老克里卡教授异常激动，提议将X射线定名为“伦琴射线”，而将这一照射 现象定名为“伦琴照射”。得到了人们一致同意。 此后，无论大家如何盛情相邀，伦琴再也没有发表过公开演讲。 就在这期间，巴伐利亚王子想以贵族爵位的头衔来笼络这位深孚众望的 科学家，也被伦琴断然拒绝了。 德国著名的A·E·G电气公司来与伦琴商量购买他的专利。伦琴微笑着 说：“我不是“发明’了X射线，它是千古以来就存在的，我仅仅是‘发现’ 了它而已。所以，X射线是全人类的东西，而不是我个人的财产。打算运用 我的方法，去产生X射线的人，不用再来找我了！” 那个受委托前来谈判的唯利是图的商人，听了伦琴的这番话，几乎无地 自容，悄悄地返回了柏林。从此，伦琴射线作为科学界以及全人类的共同财 富！伦琴照相以及X射线疗法的发展，给人类带来了无限的幸福！ 而X射线为伦琴带来的不仅仅是荣誉，也有毁谤。 嫉妒的人声称，“最初发现X射线的不是伦琴”。有的说是克鲁克斯， 有的说是古德斯皮都，甚至心怀恶意的人还说是伦琴窃取了助手选塔的成 果。……面对这无中生有的诽谤，伦琴就像对待荣誉一样，从不放在心上。 因为他是一位真正的科学家，他热爱科学远甚于名利，他专注于探索真理而 无暇去戳穿谎言。 也有许多无聊的人说什么“伦琴不过是个走运的家伙，偶然的发现者”。 伦琴的研究，确实是接受了很多前人的遗产。但是，在科学界，从某种意义 上说，不受前人影响，不以前人的研究为基础的偶然的“发现”是不存在的。 而能抓住那稍纵即逝的“偶然”的人，依靠的又何止是运气呢？因为，即使 是偶然的发现，也在于发现者具备了能够抓住这个偶然所必需的知识、敏锐 的头脑、坚韧不拔的毅力和坚持不懈的努力探索。 愚昧的人则因为X射线的发现，大大虚惊了一场。由于知识的局限，人 们对伦琴夫人的手骨照片进行种种非难和攻击。有的报纸骇人听闻地警告女 士们“今后穿什么衣服”都不安全。投机商也乘机大做广告，推销他们所谓 的“X光保险服”。而一位德国报纸的编辑则被自己头骨的X射线照片吓得 彻夜不眠。美国新泽西州的一名议员竟公开扬言要呼吁制订法律禁止使用X 射线…… 无论这些无知的人怎样诋毁X射线，医学家却仅在伦琴公布其发现几个星期后，就成功地应用X射线准确地显示了人体内的断骨！ 事实胜于雄辩。伦琴对物理学的伟大贡献日益受到人们的重视。1901 年，即“炸药大王”诺贝尔逝世5年之后，首次颁发了他所创立的诺贝尔基 金。这一奖金要授予造福于人类的物理学界的第一号人物，这是一个最高荣 誉奖。 威廉海姆·康拉德·伦琴作为世界著名的物理学家，X射线的发现者， 被瑞典科学院推举为诺贝尔奖金的第一位获得者。 伦琴愉快地接受了诺贝尔奖金，出发去斯德哥尔摩领奖。在领奖大会上 只有他一个人，领完奖金后没有讲话。 随后，伦琴便立下了这样的遗嘱： “我的诺贝尔奖金，5万克罗纳（瑞典货币单位），将赠送给我研究过X 射线并且爱戴我的维尔茨堡大学……” 后来，在慕尼黑大学召开的庆祝伦琴获得诺贝尔奖金的大会上，伦琴极 为平静地做了一个简短的发言： “对科学家来说，最大的快乐是，无论对什么问题，都不拘泥于偏见， 自由自在地继续进行研究。对研究者来说，没有比问题得到解答时的心满意 足更令他喜悦了。无论外界怎样承认或夸奖都比不上它。” |
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