倫琴
威廉海姆·康拉德·倫琴(1845—1923),是德國著名的物理學家。他一生在物理學的許多領域進行過實驗研究工作。1901年,他因發現了“X射線”而獲第一屆諾貝爾物理學獎。
一、成長時期的倫琴
德國的西部與荷蘭、比利時、法蘭西毗鄰的地區是一片肥沃的平原。著名的萊茵河,緩緩地流經這裏。在萊茵河的北部,有德國著名的魯爾工業區。19世紀中葉,在這個工業區裏有一個繁華的城鎮裏乃堡。1845年3月27日,威廉海姆·康拉德·倫琴就出生在這個德國西南部的小城裏。
小威廉的父親經營著一個已祖傳四代的紡織品商店。這個家最初並不太富裕,到了倫琴父親這一輩,買賣一天比一天興旺,女主人又善於持家,家境逐漸殷實起來,並且成了鎮上有名望的人家。
倫琴出世的時候,他的父親已經40多歲了,他是父母唯一的男孩兒,自然是無價之寶似的供著。父親親切地昵稱他為“威廉娃娃”。
小威廉非常淘氣,經常和鄰居的孩子們一起在寬敞的庭院裏奔跑、玩耍。和同齡的其他孩子相比,他並沒有什麼特別出眾的地方,隻是手巧一些。
學校的老師這樣對他的父親說:“您家的孩子,其他方麵一般。但是,他性格好,天真、直爽,將來是會有前途的。”
老倫琴對兒子最大的希望就是長大後由他繼承他們祖傳的商店,所以對老師的這種評價他心滿意足。
倫琴小學畢業後,父親想要他留在裏乃堡,再讀個初、高中,就繼承家業,誰知這遭到了倫琴母親的強烈反對。
倫琴的母親是荷蘭人,荷蘭人素有“海上馬車夫”之稱。荷蘭有一句諺語:
“心愛的孩子要讓他出外旅行。”
所以母親一心一意想要兒子見一見世麵,將來最好能當上殖民地的官吏,或者至少也做個大富商。事關兒子的前程,她毫不讓步。
倫琴年齡還小,沒有父母那麼多的考慮,但是到世界各地看一看,他還是很感興趣的,因此他當然是讚同母親的意見了。遭到母子兩人的反對,老倫琴隻好讓步。
倫琴被送往母親的故國荷蘭,住在外祖父的家裏。
外祖父家在荷蘭的一個大城市烏得勒支,倫琴進了頗有名氣的烏得勒支中學讀書。
在學校裏,倫琴交了許多好朋友,其中胖胖的卡萊魯和他最要好,他們經常一起去遊泳、去釣魚。荷蘭是一個風車之國,在寧靜的平原和小丘上,到處可見到紅色或藍色的風車在悠閑地轉動。少年倫琴和朋友們就在這轉動的風車下愉快地生活著、嬉戲著。
冬天的烏得勒支,氣候寒冷。人們在室內生著了暖洋洋的壁爐,窗玻璃的外麵因接觸的是冷空氣而結了一層薄薄的冰。倫琴常常望著窗戶發呆,雖然教科書上說:“這是由於溫度的下降,使水由液體變成了固體造成的。”可是,液體為什麼就變成了固體呢?他還是想不通!
自然界蘊藏著那麼多的秘密,倫琴多想一一去揭示它們啊!後來,倫琴又迷上了製造機械玩藝兒,整天和一堆零件兒泡在一起。
倫琴又在烏得勒支繼續上高中。
高中的教學重點是希臘語和拉丁語等古典語言學。理科的講授時間比古典語言學少得多,學校對這門課程也不太重視,這不太對倫琴的胃口。在班級裏,他成績中等,雖然在這所注重學習和教養的學校裏弄個畢業證不太容易,但是如果不是出了點兒事,倫琴應該是能拿到畢業證書的。
就在臨畢業前一年的第二學期裏,發生了這樣一件事。
這一天,剛剛下了希臘語課,同學們嘰嘰喳喳地在一起議論著:“哎呀,上這門課真累呀!整段整段地讓我們背誦詩詞,真受不了!”“就是的,老師真是太過分了!”說著說著,班裏一個調皮的男生毛因斯跳到了黑板前,利落地畫了一副漫畫,畫的就是那個嚴厲的希臘語老師,老師的大鼻子尤其畫得“漂亮”,同學們一齊哄堂大笑起來。
高個子的倫琴,背對著門口笑得格外開心。
突然,希臘語老師悄悄地回到了教室,站在門口看到了發生的一切。學生們都沉默起來,隻有倫琴麵朝後沒有注意到老師,仍在放聲大笑。
“倫琴!原來是你幹的呀!”老師在他身後一聲厲喝。倫琴嚇得趕忙閉上了嘴,回頭看著盛怒的老師,囁嚅地說:“對不起,老師。不過,這畫不是我畫的。”
希臘語老師見學生們竟敢在背後這麼嘲笑他,早已氣得七竅生煙,想抓住一個學生好好泄泄氣,於是繼續追問道:
“那你說吧,是讓我把你侮辱老師又撒謊騙老師的事兒記下來,還是你告訴我這是誰畫的?”
“嗯,我知道是誰畫的。”
“好,看來你倒還是個誠實的孩子。是誰畫的呢?”
“不!這可不行,老師,我不能說。”
“為什麼?”
“我不想當一個卑鄙無恥的告密者。”
“噢,你不愧是一個德國的理想主義者。威廉,你想想,一個無賴汙辱了一個受人尊敬的老師,你卻認為是對的,要袒護他。你是想當好學生,告訴老師那個無賴的名字呢,還是要做壞學生,和他一起犯錯誤呢?”
倫琴低頭不語。
希臘語老師更加生氣,轉向其他提心吊膽看著他的學生們大聲說:“哪位同學能告訴我這是誰幹的?”所有的學生都低下了頭。
“犯錯誤的同學請自己站起來!”還是沒有人應聲。
老師再次盯住了倫琴。
倫琴早已滿麵通紅,但心裏覺得沒有發生出賣同學的行為頗感自豪。
“倫琴,你好好聽著:我們這所高尚的學校裏,汙辱老師的行為是絕對不允許發生的。如果你能說出來是誰的話,隻好給你休學的懲罰,而如果你堅持不說,那就隻有開除你。這是因為你不得不承擔犯了錯而又撒謊的雙重罪名!”
倫琴雖然也很害怕,但“友誼”使他繼續保持沉默。
老師見仍然問不出來,便冷冷地說。“那你就等著吧!”
倫琴和他的同學們誰都沒有想到,校方真的給了他一紙通知:“勒令威廉海姆從烏得勒支高中退學!”
他非常難過,也非常憤怒和悲傷。但學校並不理會他的心情。這個消息也使倫琴的父母感到吃驚和憂慮。作為一名驕傲的德國人,老倫琴幾乎不能原諒自己的兒子做出這種讓他大丟麵子的事情,這使倫琴更加難受了:“我甚至不能完成父親的‘隻要能念完高中……’這個小小的心願。”
好在母親對兒子的擔心多於抱怨,她給兒子寄來了一封親切的、關懷的信,鼓勵他不要氣餒,並隨即讓老倫琴來接他回德國。
倫琴並不願意接受他的安排。“爸爸,難道我非當商人不可嗎?”
父親很吃驚:“你不是已經離開學校了嗎?”
“爸爸,我還有希望拿到高中證書。有老師表示,可以幫助我讓我參加畢業考試,所以我還想再念點兒書。”
“可是,這並不容易啊。不過,能拿到證書當然最好。”
在烏得勒支親戚們的幫助下,倫琴被送進了荷蘭的另一個城市阿培爾頓的工業學校,並準備參加明年高中的畢業考試。
在阿培爾頓,倫琴學習很用功。就連他討厭的希臘語,他也努力地去學習。因為這是獲得烏得勒支高中畢業證書必考的重要課程。
工業學校隻教授學生一些實用性、操作性很強的技術,而不教理論知識,無法滿足倫琴喜歡對一切事物尋根問底的強烈好奇心,所以,在阿培爾頓生活的幾個月,他並不快樂。他渴望有朝一日能踏進大學的校門。柏林大學、慕尼黑大學、萊比錫大學……許多德國著名大學的名字日夜縈繞在他的心頭。可是,沒有高中畢業證書,這些學校是絕對不可能接收他的。
倫琴加倍努力地學習著。
然而,盡管倫琴在包得勒支高中的畢業考試中考得還不錯,但是,由於以他原來的希臘語老師為首的一些固執的考師們的極力反對,倫琴最終還是沒能拿到畢業證書。
他陷入深深的痛苦之中。生活道路上的坎坷使少年倫琴感到頹喪。是啊,剛剛年滿20歲卻似乎已經前途渺茫,以後該怎麼辦呢?
真是天無絕人之路。有一天,他的好友卡萊魯從烏得勒支跑到阿培爾頓給他帶來了一絲曙光。
“威廉,你想不想上大學啊?”
“當然想了。你也知道,我聽人說過,沒有高中畢業證書,哪個大學會要我呢?”倫琴傷心地說。
“在荷蘭,在你的家鄉德國是這樣的,可是你有沒有想過去別的國家上大學呢?比如我的故鄉瑞士?”卡萊魯是瑞士人。
“什麼?有這種可能嗎?他們可以不要求高中畢業證書嗎?”倫琴來了精神。
“聽說新成立的蘇黎世工業大學,對那些沒有畢業證書的人也允許入學。”
“這是真的嗎?”倫琴的心中充滿了希望。
“我就是專程來通知你的。如果你願意去的話,我很快就要回國,把詳細情況了解清楚後,盡快告訴你。”
倫琴決定去蘇黎世工業大學學習。
二、在瑞士的學習和生活
1865年秋,倫琴考入蘇黎世工業大學,學習工學。這所新興的大學,對那些凡能通過極為嚴格的入學考試的考生,即使沒有正式文憑,也開明地予以錄取。倫琴因此前往美麗的蘇黎世。
父親因為兒子的遠行略有些不快,母親則為兒子的前途再次呈現出光明而由衷地感到欣慰。
倫琴坐在飛快奔馳的火車上,注視著一幕幕映入眼簾的秀麗景色,心裏萬分激動。他沒想著將來,要成為一名出色的機械工程師以酬夙願。
瑞士是一個隻有4.l萬平方公裏麵積的小小的山水之國。南邊有世界著名的阿爾卑斯山,以及蘇黎世湖、納沙泰爾湖、日內瓦湖等20多個景致宜人的湖泊。瑞士人民勤勞而勇敢,用自己的汗水建設著可愛的家園。
倫琴在蘇黎世一下火車,便感受到了瑞士自由和平的氣氛,精神立即振作起業,不顧長途旅行的疲憊,急忙趕往心儀已久的學校。
蘇黎世坐落在細長月牙形的蘇黎世湖的北邊,以其風光旖旋而蜚聲國際。當時剛剛創辦的瑞士聯邦國立蘇黎世工業大學,是這個城市的榮譽和自豪。它的校舍建在一座青翠的小山旁邊,不僅可以俯瞰全城,而且明鏡似的蘇黎世湖就臥在其腳下。學校的建築莊嚴而雄偉,工學部、昆蟲博物館、物理學部、考古學部等的建築物尤其漂亮得引人注目。
倫琴漫步在校園整潔的大道上,感到陽光格外明媚,空氣格外清新,連天空也顯得格外高遠湛藍。“啊,這真是個令人心曠神怡的地方!”確實,這兒的生活和在阿培爾頓的日子相比,無論從哪個方麵來講,都有著天壤之別。
另一件讓倫琴感到高興的事情是:老朋友卡萊魯也來到蘇黎世,和他在同一所大學裏讀書。兩個少年時代就很要好的朋友又聚在一起,他們和從前一樣,結伴去登山、騎馬、看戲、劃船,盡情享受著蘇黎世美好幸福的大學生活。遊玩之餘,倫琴也努力地鑽研自己的課程和大學裏珍藏的書籍,感到十分充實。
在學校裏,倫琴常和同學們議論同時代科學技術上的偉大發現和發明。
“瑞典的阿爾富德·伯哈德·諾貝爾發明了威力很大的炸藥,被人們稱為‘炸藥大王’呢。”
“同學們!德國的西門子公司研製出了強有力的發電機,電氣時代就要到來了。想想吧,我們出生的時候,突突突冒著煙來回跑的蒸氣機火車剛剛誕生,而現在不過短短的20年,電動機車就又要問世了,這是多麼偉大而神奇的工業時代啊!”
“我也想去搞發明,做一個像愛迪生那樣的大發明家。”
19世紀後半葉,正是西方資本主義國家向工業時代邁進的最後時期。科學技術日新月異,許多重大的發明和發現給人們的生活帶來了深遠的影響,比如電燈、電報、電話等都出現於這一時期。年輕的、朝氣蓬勃的大學生們受到時代的極大感染,躍躍欲試,想要加入到轟轟烈烈的工業變革潮流中去。
倫琴在自由的瑞士學習時,他的祖國德國的政治局勢卻很不穩定。早在1862年,倫琴尚在高中讀書時,掌握著普魯士政權的俾斯麥為了實現威廉一世統一德國的目的,大搞擴軍備戰。普魯士王國還在1864年、1866年分別向丹麥、奧地利發動戰爭並取得了勝利。普魯士即將完成整個德國的統一。
麵對這種動亂。倫琴的父母暗自慶幸把兒子送到了安全的國家,他們頻繁地寫信囑咐兒子要好好學習,爭取早日拿到一張機械工程師的證書。
因為得到家裏的大力支持,倫琴在瑞士的生活十分安逸、富裕。這個年輕人除了學習之外幾乎沒有什麼煩惱。不久,在一次遊玩中,他認識了一位姑娘——別魯塔。別魯塔雖然比他年長六歲,但她擅長唱歌、繪畫、跳舞,對人溫順體貼,並且還曾上過三年家政學校,待人接物很有禮貌,這一切都深深打動了倫琴的心弦。於是,在瑞士燦爛晚霞的餘輝中,蘇黎世湖畔多了一對親密的情侶。
與倫琴不同,別魯塔是一個注重現實,善於觀察事物本質的姑娘。所以,當倫琴總在幻想著美好、幸福的未來的時候,別魯塔卻認識到,雖然倫琴確實是個有前途、有希望的青年,可是目前他卻什麼成就都沒有。在別魯塔的影響和引導下,倫琴的想法也逐漸現實起來:“我明年就要畢業了,可是實際上掌握的東西並不多。”他開始加倍努力地學習,同時也開始思考畢業後自己該何去何從。
在大學裏,教倫琴物理學的是一位年輕的新提升的教授奧格斯圖·孔脫。孔脫老師僅比倫琴年長六歲,但在物理界已經小有名氣。他每次講課和做實驗,都受到學生們的熱烈歡迎。他對自己學生的要求是非常嚴格的,不允許他們有一絲一毫的不精確。倫琴一直很佩服這位年輕、朝氣蓬勃、精力充沛的物理老師,在考慮自己的前途時,他想聽取一下孔脫老師的意見。
1869年初夏——倫琴快到畢業前夕的一個明媚的上午,他來到了孔脫老師的研究室門前,敲響了教室的門。
“是威廉海姆·倫琴啊,有什麼事嗎?”孔脫教授熱情地請倫琴進入他那間滿是書籍和實驗器械的房間裏來。
麵對一貫嚴肅、認真的教授,倫琴一時竟不知如何表達自己的來意。
教授看到他吞吞吐吐的窘態,主動問道:“倫琴同學,馬上就要畢業了,你今後打算研究什麼專業呀?”
“我就是為這事來找您的,我還沒有最後決定呢。”
“你願意和我一起研究物理學嗎?”
對這個青年,孔脫教授有一定的了解,他有一種不屈不撓的精神,並且做每件事情都很小心謹慎,尤其是他的手很巧,很適合做實驗工作。在課堂上孔脫老師就不止一次地表揚過他——這大概也是倫琴來找孔脫教授的原因之一——師生彼此有好感。
呆立在一旁的倫琴驚訝地說:“您知道,我的專業是工學,對物理學方麵我沒有什麼基礎。”
“那麼,你有向物理學進攻的理想嗎?”
“我對物理學很感興趣,願意學習它。”
“這就好,你可以做我的助手。你很快就能學會的。”
“太好了,老師。我就學物理學吧!謝謝您!”
倫琴獲此意外之喜,異常興奮地走出了孔脫老師的研究室。
當時,師生兩個誰也沒有想到,35年後,倫琴竟能在物理學界取得那麼輝煌的成就,發現了舉世矚目的X射線——這一切就開始於寧靜而幽美的蘇黎世湖畔、一個像往常一樣靜謐的夏日清晨。
這年的6月22日,威廉海姆·康拉德·倫琴從蘇黎世工業大學畢業了,他獲得了一個哲學博士的學位和一個機械製造工程師證書。這使父母感到特別的自豪。在拿到畢業證書後不久,倫琴還與心愛的別魯塔訂了婚約。
隨後,倫琴作為孔脫教授的助手開始了物理學研究。
三、奔向物理王國
孔脫教授的助手
科學的道路從來就是不平坦的,它就像攀登陡峭的山峰,人們已經踩過、踏平的寬闊的山路並不難攀登,而當你到達山頂後,會發現好多人早已在那裏小想,你不過是那些人中的一個,並且和他們一樣一無所得;一旦你想去探索人們尚未了解的新的事物,你就必須劈荊斬棘,開創一條還沒有人走過的道路,這條路遙遠而又艱苦,並且不是每一個人最後都能到達成功的頂點。從事科學研究的人必須有這樣的心理準備:終其一生,僅僅是為後來者的成功架橋鋪路。
孔脫教授就是一位願意為他人鋪路者。他終日埋頭於實驗室的工作,常常自己動手製作實驗用具,安裝好後立即又開始研究,一直到深夜。孔脫老師還喜歡事必躬親,親自給學生做精彩的實驗示範,有時他也會叫助手倫琴來幫忙。他研究的專題是“聲”、“光”、“熱”等現象,在世界物理學界著名的《布坎都羅夫的物理和化學年鑒》雜誌上,經常可以看到他的科研成果。孔脫老師在物理界的地位也就愈加顯赫。
老師廢寢忘食的敬業精神深深打動了倫琴;老師的一舉一動影響了倫琴。他時常感慨:孔脫老師隻比我大6歲,可是他卻早已得到著名的柏林大學講師的學銜,現在又是蘇黎世工業大學的正教授,學術界的權威;而我才不過是一名助教,剛剛著手研究物理學。他時常問自己:“我到孔脫老師這麼大年歲的時候,能趕上他的成就和名望嗎?”每一次他的回答都是否定的,所以日子長了他就不再問自己了,隻是覺得能有幸跟這樣年輕而又才華出眾的老師在一起學習和工作值得格外地珍惜。“我要以孔脫老師為榜樣好好研究物理學!”
從工學轉到物理學,有相當的困難。倫琴隻能邊學習邊研究。過了一段時間,受以前一位物理老師克拉烏吉斯教授的啟發,倫琴也為自己找到一個感興趣的課題:關於“空氣的比熱”問題。
單位質量的空氣每升高1℃需要的熱量叫做空氣的“比熱”。那麼當保持一定的空氣體積並保持一定的壓力時,“比熱”有什麼不同呢?這就是倫琴想要弄明白的問題。可是,他一點實驗設備也沒有。他跑去向孔脫老師談了自己的想法,提出要借用一些儀器來進行實驗。
孔脫老師也認為“可能會搞出點名堂”,並且鼓勵倫琴自己動手製作試驗儀器:“倫琴,你不是手藝不錯的技師嗎?我們有齊備的玻璃加工和金屬加工設備,你可以抓緊時間利用這些設備製作一些器具呀!”倫琴雖然對老師不肯借給他器具有些不高興,但他被自己的課題吸引著,很快製作了一些簡單的用具便開始了實驗。
在研究空氣比熱的過程中,倫琴漸漸發現了一些有趣的現象,他甚至對這方麵的權威格廷根大學的庫魯勞修教授的研究成果也開始有所懷疑。他反複地進行實驗,以驗證自己的結果,最後他把實驗記錄拿給孔脫老師看。
老師對他不同於權威的結果有些疑問:“準確嗎?”
“我反複做了8次。”
“對這樣一個問題做8次實驗,是否有點兒太浪費時間?”孔脫老師非常吃驚。
“不,我不這樣認為。為了得到真實可靠的結果做多少次都是值得的。”
孔脫老師不得不對自己的助手另眼相看:他前些時候還在“啃”物理學教科書呢,現在竟能以這樣認真的態度進行實驗了。
“那麼,下一步你打算怎麼辦呢?”
“再找一些其它的新的實驗課題,實驗人員隻要不自欺欺人,總會得到結果的。”倫琴從年輕的孔脫老師所具備的一絲不苟的精神促成了他的成功。
“對,應該這樣。你好好搞下去吧!”孔脫教授對倫琴越感信任和喜愛了。
不久聽說德國的維爾茨堡大學的物理學教授要轉任到波恩大學,維爾茨堡大學邀請孔脫教授前往補任,孔脫教授欣然應聘。
倫琴聽到這個消息後,感到很苦惱。因為和孔脫教授在一起工作了這麼長時間,他非常佩服和尊敬他。自己在物理學方麵剛剛入門,也得益於孔脫教授的大力幫助。離開了孔脫老師,倫琴不知道自己今後是否有信心繼續研究下去。
就在倫琴思前想後的時候,孔脫教授找到了他。
“倫琴,我記得你的故鄉是在魯爾地區吧?你想不想回到德國呢?你知道,維爾茨堡大學要聘請我,我希望你能和我一塊兒去。考慮考慮吧。”
倫琴聞聽此言,欣喜若狂:“太好了!我當然願意去啦,那樣我就能夠繼續得到您的指導。”隨後,他有些猶豫地提出:“老師,我想盡早得到教授的職位,不知道在維爾茨堡……”
“當然啦,請相信我,我一定會盡全力幫助你的。不久你就會當上維爾茨堡大學的講師啦!”
在大學裏搞科研的人是非常重視自己的名譽的,所以倫琴渴望早日獲得教授頭銜——這也是對個人科研能力的肯定。
接著,孔脫教授又嚴肅地說道:“倫琴,我想提醒你注意一個問題:科學家的工作和生活是非常艱苦的,僅就留在大學裏工作這一點來說,就意味著要放棄平常人的許多享受,不可能有太多的金錢、不可能有太多的休息時間。並且,你還必須用你自己的研究工作去爭取名譽和地位。”