伦琴发现X 射线——短波段的一种电磁波
1879年,英国物理学家克鲁克斯在研究阴极射线的实验时还发现,放在放电管附近的照相底片上有被感光的迹象。但是他以为是底片的质量有问题而未加探究,失去了发现X 射线的机会。
1895年,德国物理学家伦琴(1845-1923)在研究阴极射线时偶然发现,放在高真空放电管附近的照相底片被感光了,而且底片是用黑纸严密包着的。伦琴当时是德国维尔茨堡大学的校长,更是一位有见识、严谨诚实的实验家。他认为这一现象说明,放电管内发射出了某种能穿透底片包装纸的射线。伦琴进一步的实验发现,即使把放电管用黑纸包起来,这种射线也能使放在装置附近的涂有亚铂氰化钡的屏发生荧光,即使将屏放到离装置两米远处,也能观察到这种荧光。伦琴确信,这种新奇现象无法用已发现的阴极射线来解释,因为实验已经证明,阴极射线在空气中只能传播数厘米。
伦琴选用了多种物品,如2 至3 厘米厚的木板,几厘米厚的硬橡胶,15厘米厚的铝片等,将它们逐一放在放电管和荧光屏之间进行实验,几乎所有的物质都能被这种射线穿透。因此,伦琴认为,这种新射线的显著特征是具有极强的贯穿能力。更令伦琴感到新奇的是,如果把手放在放电装置和屏之间,那么,在淡淡的手的轮廓中可以看到透明度较差的骨骼的影象,即骨骼处的影象较黑。伦琴的实验还表明,和阴极射线不同,这种射线在磁场中不产生偏转。因此,他断定,这种由阴极射线引起的、在放电装置的玻璃管壁上发生的射线和阴极射线是性质完全不同的射线。伦琴感到,这种射线的本质和产生的原因,仍然是个谜,因此他用数学中常用来表示未知数的字母X ,命名他发现的这种新射线为X 射线。后人也称这种射线为伦琴射线。
1895年12月28日,伦琴向德国维尔茨堡物理学与医学学会递交了题为《一种新的射线——初步报告》的论文。X 射线的发现很快轰动了科学界。
阴极射线发现后,由于工业的需要,其研究受到重视,一般的实验室都配备有阴极射线管,因此,当时世界上每个有名望的物理学家,每个有条件的实验室几乎都进行了验证X 射线的实验。这种射线在医学上有非常重要的应用价值,更引起人们极大的关注和兴趣,并引发了一大批与之相关的专利。
伦琴因发现X 射线获得1901年的诺贝尔物理学奖,诺贝尔资金是1901年开始颁发的,因此,伦琴是第一位获得诺贝尔奖的科学家。这位今后人起敬的科学家,把得到的诺贝尔奖金捐赠给了维尔茨堡大学,并拒绝了有关专利权。
错过了发现X 射线机会的,不仅有克鲁克斯,还有美国的古德斯比德和德国的勒纳德。古德斯比德曾意外地得到过X 射线的照片,但他以为是阴极射线产生的效应;勒纳德也在伦琴之前发现了X 射线的感光效应,但也没有抓住这一重要事实的本质和意义。
X 射线的发现得到世界公认后,有的人企图贬低和抹杀伦琴的功绩。但是,柏林科学院在致伦琴的贺词中给予了公正的评价:" 科学史告诉我们,在每一项科学发现中,功劳和幸运独特地结合在一起;在这种情况下,许多外行人也许认为幸运是主要的因素。但是,了解您的创造个性特点的人将会懂得,正是您,以摆脱了一切成见的、完善的实验艺术和最高的科学诚意及注意力结合起来的研究者,应当得到作出这一伟大发现的幸福。" X 射线的发现促使许多国家的科学家对这种射线的本质及其产生的原因开展进一步的研究。
1912年,德国物理学家劳厄(1879-1960)利用有规则间隔的原子的晶体作为天然的光栅,研究X 射线的衍射现象,并最终得到X 射线的衍射图,证明X 射线是一种波长很短的电磁波,其波长在0.1 埃到0.5 埃之间。与此同时,他还证明了晶体的原子点阵结构。劳厄因此获得1914年诺贝尔物理奖。
同年,英国物理学家布拉格父子(W.H. Bragg ,1862-1942 ;W.L.Bregg ,1890-1971)研究出计算X 射线波长的新方法。
X 射线是发自原子内部的一种高频电磁波的本质得到确定,但是,这种高频电磁波的产生机制,直到量子力学建立之后,才获得了解释。
X 射线的发现导致一系列划时代的重大发现和新的技术学科的诞生。首先,它直接导致放射性的发现,接着又导致X 射线光谱学、放射化学、放射医学等技术学科的产生,在后来的医学、工业、晶体结构分析方面有着广泛的应用。X 射线的发现在现代科学发展史中占重要的地位。