第1章 現代物理革命的序曲——X射線(1 / 1)

物理

今天,再簡陋的醫院裏也少不了透視方麵的設備;患者不必受開膛破肚之苦,就可看到自己的五髒六腑;有沒有毛病,有什麼毛病,都能在極短的時間內,以極高的效率得以確認。我們是否想過,這樣的恩澤來源於哪裏呢?這樣的恩澤來源於德國一個叫倫琴的科學家,是他發現X射線,才使今天的透視成為可能。

X射線的發現,既具有偶然性又具有必然性。科學家們是在有關陰極射線的研究中,偶然發現X射線的。陰極射線的發現也帶有一定的偶然性——它是科學家們在研究真空放電現象時無意中發現的,但一經發現,陰極射線立即成為19世紀下半葉各國物理學家普遍關心的一個課題。最早研究真空放電現象的是法國的法拉第,他在19世紀30年代時就發現,稀薄氣體在放電時會發生輝光。但限於當時的科研條件,他無法獲得隻有千分之幾的大氣壓的高真空,因此無法對此課題進行更加深入的研究,頗有些“英雄無用武之地”的悲哀。隨後,德國許多科學家都在這個方麵作了持久的努力,並取得了相應的成就。這期間,蓋斯勒、普呂克、希托夫、哥爾德施泰因功不可沒:蓋斯勒是德國波恩大學管理科學儀器方麵的技術工人,卻研製成了簡易水銀泵,並把金屬電極封進玻璃管內,由此製成的放電管在真空度方麵提高了一個數量極,為以後的研究打下了基礎。普呂克是一位數學家和物理學家,他利用“蓋斯勒管”進行真空放電實驗,並有新的發現。希托夫是普呂克的弟子,他在實驗中發現放電源於陰極,並以直線運動。哥爾德施泰因則順水推舟地把這種源於陰極的射線,命名為“陰級射線”。以此為契機,英國物理學家克魯克斯進一步改良了真空泵,研製了真空度更高的陰極射線管,發現陰極射線是一種帶電的粒子流。不久,德國的實驗物理學家勒納德在放電管的玻璃上開了一個小薄鋁窗,使陰極管射線成功地射出窗外,但他認為陰極射線不是一種帶電的粒子流,而是一種以太波。

雖然這些科學家都有所創造,在發現X射線的曆史上留下了不滅的足跡,但他們均功虧一簣。真正作出了實質性發現並轟動世界的,是至今名揚寰宇的德國物理學家倫琴,他改變了人們對陰極射線的看法,準確地確認了陰極射性的本質。他首先使用勒納德管重複了勒納德實驗,以確證陰極射線能使放電管近旁的熒光屏發光,並達到了目的。隨後他又改用克魯克斯管,繼續這項實驗。他用黑色紙板把放電管密封起來,然後露出一條縫隙。當檢查是否漏光時,他意外發現一米之外的熒光屏上有神秘的閃光。他感到驚奇:何以如此?很顯然,這無法用陰極射線的有關理論予以恰當的解釋:當時科學家們普遍認為,陰極射線的穿透力很差,隻能在空氣中穿行幾厘米。他震驚了,決心搞他個水落石出。於是反複實驗,連續進行了幾個星期之久,然後他確信這不是一般的陰極射線,而是一種具有極強穿透力的神秘射線,是由陰極射線打到玻璃管壁上產生出來的。因為當時整個科學界對這種神秘光線的性質還所知甚少,所以他很謹慎地將之命名為“X射線”。盡管倫琴對這種神秘光線所知同樣不多,但這種光線的穿透力給他留下了極其深刻的印象:它能穿透厚達1000個頁碼的圖書、2~3厘米厚的木板、15毫米厚的鋁板,相當神奇。此外,用X射線照相,可以照出木盒中的法碼、有絕緣包皮的金屬線等;他還給他夫人的手照了相,手骨根根可見,手指上戴的戒指曆曆在目,令人嘖嘖稱奇,覺得不可思議。有了這個重大發現,他很快寫出相關論文,提交給維爾茨堡物理醫學學會出版,3個月內印刷5次。很快,發現了X射線的消息便傳遍了全世界文明國度的每一角落,並引起巨大的轟動和強烈的反應,出現了科學史上極其罕見的一幕。倫琴夫人的手骨照片更是一石激起千層浪,成了當時世界上最具轟動效應的新聞。醫學界深受啟發:既然X射線可以穿透皮肉,讓人看到裏麵的骨頭,那麼當然可以用X射線透視人體任一器官,而不再需要“隔皮猜瓜”,一味地“望聞聽切”了。因此醫學界中的骨科和內科,最早獲得X射線的恩澤,開始為無數人造福。今日的醫療保健事業依然得益於X射線的發現;我們難以想像,如果沒有X射線,今天的醫療保健事業將會變成怎樣一副模樣。X射線的發現還打破了當時物理學家躊躇滿誌、洋洋自得的自滿情緒,向科學家們展示出尚待探索的未知領域,因而打開了物理學革命的大門,為日後眾多的發現發明奠定了基礎。