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倫琴教授與X射線的發(fā)現(xiàn)　由物理網(wǎng)資料整理

話說(shuō)19 世紀(jì)末年，物理學(xué)的天空，猛然閃出了三道金色的閃電，照亮了正在世紀(jì)末的陰云下艱難跋涉的人們，人類的目光終于不再凝重。這三道閃電就是： 1895 倫琴發(fā)現(xiàn)的 X 射線; 1896 年柏克勒爾發(fā)現(xiàn)的天然放射性;1897 年湯姆生發(fā)現(xiàn)的電子，正所謂一年一道閃電，道道輝煌燦爛。

以這著名的三大發(fā)現(xiàn)作為堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，人們又進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)了原子的可變性和大量化學(xué)同位素。

與此同時(shí)，人類認(rèn)識(shí)也開始長(zhǎng)驅(qū)直入到原子核內(nèi)部。原子不可分的神話被毫不留情地打破，為現(xiàn)代電子技術(shù)這座摩天大樓夯下了厚重的基礎(chǔ)。這三大發(fā)現(xiàn)是科學(xué)技術(shù)從19 世紀(jì)進(jìn)入20 世紀(jì)的隆隆禮炮，它莊嚴(yán)地宣告：科學(xué)技術(shù)新時(shí)代來(lái)到了。

而新物理學(xué)完全可以說(shuō)是從 1895 年，德國(guó)的倫琴( 1845~1923)教授發(fā)現(xiàn)X 射線時(shí)開始的。

當(dāng)然，在這之前，已經(jīng)有無(wú)數(shù)的學(xué)者對(duì)氣體中的放電投入了特別的關(guān)注，并進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，尤其是法拉第、普呂克爾、蓋斯勒、克魯克斯和湯姆生爵士。

其實(shí)早在18 世紀(jì)上半葉，德國(guó)的文克勒先生，就曾經(jīng)用一架起電機(jī)，使在抽去了一部分空氣的玻璃瓶里，因放電而產(chǎn)生了一種前所未見的光。令人遺憾的是，文克勒只是記錄下了這種神秘的光，卻沒有能夠深入持久地研究下去。

1836 年，卓越的法拉第先生也饒有興致地注意到了低壓氣體中的神秘的放電現(xiàn)象。他并且還企圖來(lái)試驗(yàn)一下真空放電。然而，由于無(wú)法獲得高真空，他的這一想法也只能流產(chǎn)。

接下來(lái)，歷史的重任又落到了德國(guó)波恩大學(xué)的普呂克爾的肩上。普呂克爾總是在思考著這樣一個(gè)問題：當(dāng)電在不同的大氣壓下，通過空氣或者其他氣體的時(shí)候，究竟會(huì)發(fā)生什么樣的現(xiàn)象呢?這個(gè)問題苦苦地折磨著他，無(wú)論醒里夢(mèng)里，無(wú)論白日黑夜，普呂克爾決心搞清楚這個(gè)問題，不然，他會(huì)永無(wú)寧日的。

普呂克爾找到了優(yōu)秀的玻璃工匠蓋斯勒先生，因?yàn)橐�想找到問題的答案，得需要一個(gè)玻璃管，而且在管的兩端封入裝上輸入電流用的金屬體，并需要能把玻璃管內(nèi)的壓力減少到最低值的抽氣泵。

蓋斯勒先生沒有辜負(fù)普呂克爾的殷殷厚望， 1850 年，成功地研制出稀薄氣體放電用的玻璃管。普呂克爾真是激動(dòng)萬(wàn)分，久久地握住蓋斯勒的手不放，他打心眼里感激這位厚道的工匠。

利用這個(gè)玻璃管，普呂克爾實(shí)現(xiàn)了低壓放電發(fā)光，再次捕捉到了那道神秘的電光，并把這種電光深深地銘刻在心。

科學(xué)的道路是沒有盡頭的。蓋斯勒不無(wú)遺憾地發(fā)現(xiàn)，抽空的玻璃管放電發(fā)光的亮度不同，是同玻璃管抽成真空的程度有關(guān)系的。而普呂克爾也多么地希望有一臺(tái)真正的抽氣機(jī)，從而創(chuàng)造出一段絕對(duì)的真空啊!

兩人不謀而合。這對(duì)科學(xué)上的真正的朋友，再度攜起手來(lái)，向著未知的世界一路求索而去。

在科學(xué)史上，托里拆利曾經(jīng)用水銀代替水，形成了“托里拆利真空”，這對(duì)蓋斯勒震動(dòng)很大，他因此而設(shè)想，流水式抽氣泵要是改用流汞，效果一定會(huì)更好一些的。

蓋斯勒找來(lái)了有關(guān)抽氣機(jī)和水銀的大量資料，又經(jīng)過無(wú)數(shù)次試驗(yàn)，最后決定利用水銀比水重13 倍的比重差，來(lái)提高流水式抽氣泵的性能。功夫不負(fù)有心人。無(wú)數(shù)次的失敗之后，蓋斯勒又無(wú)數(shù)次地站立起來(lái)，終于研制成功一種實(shí)用、簡(jiǎn)單而且可靠的水銀泵，用這種泵幾乎可以全部抽空玻璃管中的空氣，人類制造真空的夢(mèng)想終于成真。用水銀泵抽成真空的低壓放電管，使普呂克爾先生完成了對(duì)低壓放電現(xiàn)象的研究。后人為了紀(jì)念這位不同尋常的玻璃工人，就把低壓放電管命名為蓋斯勒管”。

普呂克爾利用蓋斯勒管進(jìn)行了一系列的低壓放電實(shí)驗(yàn)，他一次又一次地為蓋斯勒管陰極管壁上所出現(xiàn)的美麗的綠色輝光而嘆為觀止。

1868 年，為科學(xué)事業(yè)貢獻(xiàn)了畢生精力的普呂克爾先生，因勞累過度，心臟停止了跳動(dòng)。死的時(shí)候，他的眼睛沒有閉上，他沒有完成他的事業(yè)。為他送葬的他的學(xué)生約翰·希托夫看到此情此景，不禁淚如泉涌，他決心沿著老師沒有走完的道路，繼續(xù)走下去。

而與此同時(shí)，一位英國(guó)物理學(xué)家，叫做威廉·克魯克斯的，也成了普呂克爾的這一未竟事業(yè)的繼承者。

當(dāng)他們把一只裝有鉑電極的玻璃管，用抽氣機(jī)逐漸地抽空的時(shí)候，他們發(fā)現(xiàn)，管內(nèi)的放電在性質(zhì)上，經(jīng)歷了許多次的變化，最后在玻璃管壁上或者管內(nèi)的其他固體上產(chǎn)生了磷光效應(yīng)。

1869 年，希托夫經(jīng)過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)證明，置放在陰極與玻璃壁之間的障礙物，可以在玻璃壁上投射陰影。同時(shí)，從陰極發(fā)射出來(lái)的光線能夠產(chǎn)生熒光，當(dāng)它碰到玻璃管壁或者硫化鋅等物質(zhì)的時(shí)候，這種光就更強(qiáng)。

1876 年，戈?duì)柎奶怪貜?fù)并證實(shí)了希托夫的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并且把這種從陰極發(fā)射出的能產(chǎn)生熒光的射線，正式命名為“陰極射線”�？唆斂怂挂蔡峁┝怂�所獲得的證據(jù)，比如說(shuō)，這些射線在磁場(chǎng)中發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這就說(shuō)明它們是由陰極射出的荷電質(zhì)點(diǎn)，因撞擊而產(chǎn)生磷光。人們還發(fā)現(xiàn)了陰極射線的一系列物理現(xiàn)象。

例如，1890 年，舒斯特觀察了陰極射線在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)度，測(cè)量了這些假想質(zhì)點(diǎn)的電荷與其質(zhì)量的比率。他還假定這些質(zhì)點(diǎn)的大小與原子一樣，推測(cè)出氣體離子的電荷遠(yuǎn)比液體離子大得多。

陰極射線的發(fā)現(xiàn)，猶如晴空里一聲響亮的唿哨，引出了諸如X 射線、放射性和電子等一系列重大的發(fā)現(xiàn)。

在對(duì)陰極射線情有獨(dú)鐘的人群中，德國(guó)的物理學(xué)家威爾海姆·倫琴很快取得了不同凡響的收獲，并把自己的名字永遠(yuǎn)刻在了天地之間。

1845 年3 月27 日，在德國(guó)魯爾地區(qū)一個(gè)人杰地靈的小鎮(zhèn)——萊尼斯，隨著“哇”的一聲啼哭，倫琴來(lái)到了人世間。

倫琴是個(gè)聰明而又勤奮的孩子，在讀書期間，他就以優(yōu)異的成績(jī)而深受好評(píng)。

從1888 年起，他從國(guó)外學(xué)成回國(guó)后，擔(dān)任了巴伐利亞州維爾茨堡大學(xué)物理研究所所長(zhǎng)。正是在這個(gè)研究所期間，他獨(dú)具慧眼，發(fā)現(xiàn)了具有極強(qiáng)穿透力的X 射線，從而聲名遠(yuǎn)播。

自從擔(dān)任物理所所長(zhǎng)之后，他就一直孜孜不倦地研究著陰極射線，無(wú)論遇到多大的挫折，他始終都沒有放棄。

在研究過程中，倫琴發(fā)現(xiàn)，由于克魯克斯管的高真空度，低壓放電時(shí)沒有熒光產(chǎn)生。

1894 年，一位德國(guó)物理學(xué)家改進(jìn)了克魯克斯管，他把陰極射線碰到管壁放出熒光的地方，用一塊薄薄的鋁片替換了原來(lái)的玻璃，結(jié)果，奇跡發(fā)生了，從陰極射線管中發(fā)射出來(lái)的射線，穿透薄鋁片，射到外邊來(lái)了。這位物理學(xué)家就是勒那德。勒那德還在陰極射線管的玻璃壁上打開一個(gè)薄鋁窗口，出乎意料地把陰極射線引出了管外。

他接著又用一種熒光物質(zhì)鉑氰化鋇涂在玻璃板上，從而創(chuàng)造出了能夠探測(cè)陰極射線的熒光板。當(dāng)陰極射線碰到熒光板時(shí)，熒光板就會(huì)在茫茫黑夜中發(fā)出令人頭暈?zāi)垦５墓饬痢?/p>

倫琴不止一次地重復(fù)了勒那德的實(shí)驗(yàn)。

1895 年11 月8 日晚，勞累了一天的倫琴剛剛躺上了床，正想美美地做個(gè)夢(mèng)。突然，好像有一股神奇的清風(fēng)吹入了倫琴的靈魂深處，他趕緊一骨碌跳下了床，又好似有一個(gè)無(wú)形的神靈，牽引著他，他走到了他所熟悉的儀器旁，再次重復(fù)了勒那德的實(shí)驗(yàn)。

命中注定，一項(xiàng)石破天驚的科學(xué)奇跡產(chǎn)生了。倫琴欣喜地發(fā)現(xiàn)，這種陰極射線能夠使一米以外的熒光屏上出現(xiàn)閃光。

為了防止熒光板受偶爾出現(xiàn)的管內(nèi)閃光的影響，倫琴用一張包相紙的黑紙，把整個(gè)管子里三層外三層地裹得嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)。

在子夜時(shí)分，倫琴打開陰極射線管的電源，當(dāng)他把熒光板靠近陰極射線管上的鋁片洞口的時(shí)候，頓時(shí)熒光板亮了，而距離稍微遠(yuǎn)一點(diǎn)，熒光板又不亮了。

倫琴還發(fā)現(xiàn)，前一段時(shí)間緊密封存的一張底片，盡管絲毫都沒有暴露在光線下，但是因?yàn)樗��?dāng)時(shí)隨手就把它放在放電管的附近，現(xiàn)在打開一看，底片已經(jīng)變得灰黑，快要壞了。這說(shuō)明管內(nèi)發(fā)出某種能穿透底片封套的光線。倫琴發(fā)現(xiàn)，一個(gè)涂有磷光質(zhì)的屏幕放在這種放電管附近時(shí)，即發(fā)亮光;金屬的厚片放在管與磷光屏中間時(shí)，即投射陰影;而比較輕的物質(zhì)，如鋁片或木片，平時(shí)不透光，在這種射線內(nèi)投射的陰影卻幾乎看不見。而它們所吸收的射線的數(shù)量大致和吸收體的厚度與密度成正比。同時(shí)，真空管內(nèi)的氣體越少，射線的穿透性就越高。為了獲得更加完美的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，倫琴又把一個(gè)完整的梨形陰極射線管包裹好，然后打開開關(guān)，然后他便看到了非常奇特現(xiàn)象：盡管陰極射線管一點(diǎn)亮光也不露，但是放在遠(yuǎn)處的熒光板竟然調(diào)皮地亮了起來(lái)。

倫琴真是欣喜若狂，他順手拿起閃閃發(fā)亮的熒光板，想吻它一下，突然，一個(gè)完整手骨的影子鬼使神差般地出現(xiàn)在熒光板上。

倫琴頓時(shí)嚇得不知所措，他不知這到底是在做夢(mèng)，還是在做實(shí)驗(yàn)，他狠狠地在手上咬了一口，手被咬得生疼，他意識(shí)到自己不是在做夢(mèng)，這一切都是真的。

倫琴趕緊開亮電燈，認(rèn)真檢查了一遍有關(guān)的儀器，又做起了這個(gè)實(shí)驗(yàn)。

這時(shí)，天光已經(jīng)微微發(fā)亮，在重重云層下，一輪美麗的紅日，即將噴薄而出，給整個(gè)人類帶來(lái)她無(wú)窮無(wú)盡的光和熱和愛。

倫琴?zèng)]有時(shí)間去想別的東西。他看到，那道奇妙的光線又被熒光板捕捉到了。他又有意識(shí)地把手放到陰極射線管和熒光板之間，一副完整的手骨影子又出現(xiàn)在熒光板上。

倫琴終于明白，這種射線原來(lái)具有極強(qiáng)的穿透力和相當(dāng)?shù)挠捕�，可以使肌肉�?nèi)的骨骼在磷光片或照片上投下陰影。

這是，倫琴的夫人走了過來(lái)，給倫琴披上了一件大衣，然后輕聲地勸倫琴該去休息了。倫琴卻一把抓住了夫人的手，放在熒光板和陰極射線管之間，熒光板上又出現(xiàn)了夫人那完整的手骨影子。

這是事實(shí)，千真萬(wàn)確的事實(shí)。倫琴一下子抱住了夫人，在實(shí)驗(yàn)室里足足轉(zhuǎn)了五個(gè)圈子，他太激動(dòng)了，激動(dòng)得不知如何是好，兩行熱淚止不住地流了下來(lái)??

次日，倫琴便開始思考這一新發(fā)現(xiàn)的事實(shí)，他想，這很顯然不是陰極射線，陰極射線無(wú)法穿透玻璃，這種射線卻具有巨大的能量，它能穿透玻璃，遮光的黑紙和人的手掌。

為了驗(yàn)證它還能穿透些什么樣的物質(zhì)，倫琴幾乎把手邊能夠拿到的東西，如木片、橡膠皮、金屬片等，都拿來(lái)做了實(shí)驗(yàn)。

他把這些東西一一放在射線管與熒光板之間，這種神奇的具有相當(dāng)硬度的射線把它們?nèi)�穿透了。倫琴又拿了一塊鉛板來(lái)，這種光線才停止了它前進(jìn)的腳步。

然而，限于當(dāng)時(shí)的條件，倫琴對(duì)這種射線所產(chǎn)生的原因及性質(zhì)卻知之甚少。但他在潛意識(shí)中意識(shí)到，這種射線對(duì)于人類來(lái)說(shuō)，雖然是個(gè)未知的領(lǐng)域，但是有可能具有非常大的利用價(jià)值。

為了鼓舞、鞭策更多的人們?nèi)ダ^續(xù)關(guān)注它，研究它，了解它并利用它，倫琴就把他所發(fā)現(xiàn)的這種具有無(wú)窮魅力的射線，叫做“X 射線”。

1895 年12 月28 日，倫琴把發(fā)現(xiàn)X 射線的論文，和用X 射線照出的手骨照片，一同送交維爾茨堡物理醫(yī)學(xué)學(xué)會(huì)出版。

這件事，成了轟動(dòng)一時(shí)的科學(xué)新聞。倫琴的論文和照片，在三個(gè)月內(nèi)被連續(xù)翻印五次。大家共同分享著倫琴發(fā)現(xiàn)X 射線的巨大歡樂。

X 射線的發(fā)現(xiàn)，給醫(yī)學(xué)和物質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究帶來(lái)了新的希望，此后，產(chǎn)生了一系列的新發(fā)現(xiàn)和與這相聯(lián)系的新技術(shù)。

就在倫琴宣布發(fā)現(xiàn)X 射線的第四天，一位美國(guó)醫(yī)生就用X 射線照相發(fā)現(xiàn)了傷員腳上的子彈。從此，對(duì)于醫(yī)學(xué)來(lái)說(shuō)，X 射線就成了神奇的醫(yī)療手段。