互动科普

一百年前的这一个月，威廉•康拉德·伦琴意外得到了第一张x—射线的图象。

必须几次差遣侍女才能将他从实验室中叫出来。威廉·康拉德·伦琴是伍尔兹伯格大学物理系的系主任，当他终于和他的妻子一起坐在吃正餐的桌子旁时，他是心烦意乱的，吃得很少，说得更少。他们一吃完饭，他就回去工作了。时间是1995 年11月8号。几个月来，伦琴一直在研究后来由其他科学家确定为电子的阴极射线的特性。

他知道，在一个充有高压电的特制的真空管内大量产生的这些射线，只能渗入几厘米的空气。所以他对星期五晚餐前的傍晚，看到一个闪烁的图像离真空管这样远感到十分惊异，因为它不可能是电阴极射线引起的，但是只有当阴极射线存在的时候，它才出现。

那天晚上，伦琴全神贯注地考虑这一问题，以致连一个老的实验室助手敲门和进出时声音都没有听到。以后几天，他吃住都在实验室。（他是这样全神贯注地思考这一难题，以致他忽略了实验室的一项基本规则——直到将近一个星期以后才开始记笔记）。只有通过重复这一实验许多次以后，伦琴才开始相信一种新型的射线造成了他所看到的这幅图像。因为他不知道这些射线的性质，他就将其称为X—射线——“X”表示未知的。

关于这些射线，除了他的最亲密的朋友、伍尔兹伯格大学的动物学家Theodor H. Boveri之外，他没有告诉任何人。“我发现了一些有趣的东西，”他说，“但是我不知道我的观察是否正确。”首先亲眼看到他的实验的是他的妻子Bertha,是他在圣诞节前的星期天请她到他的实验室里来的。他在那里拍摄了一幅展示她的左手骨骼的照片——第一张永久性的部分人体X—射线照片[见本文框图中的左上说明]。

圣诞节后一星期，伦琴发表了一篇简要的论文，到了新年的第一个星期，全世界的报纸都开始报导他的发现。在大众化的出版物中，以前没有哪一个科学上的突破引起这样大的激动。在十九世纪后期出现了许多真正很著名的发明，但是公众特别被伦琴的发现所迷住了，它提供了一种检查人体的方法，而不需要切开人体。

人们几乎立刻就抓住了用X—射线进行诊断的可能性。在一个月内，欧洲与美国的外科医生就以各种各样的方式应用它们。也许最奇异的早期应用时纽约市内科与外科医生学院所描述的一种尝试，即“直接将解剖图反射到他们学生的大脑中，产生比学习解剖细节的普通方法更为持久的印象。”大约过了 20年，科学家们才确定了X—射线的真正的性质。然而，伦琴最先宣布他的发现，被证明为物理学的历史中最有名的一个发现——尽管当时有几个科学家争辩说，这项发明更应归功于侥幸，而不是特殊的技巧。

阴极射线

虽然伦琴终于获得了物理学家的名声，但是他原来是打算成为一个工程师的。他于1845年出生在德国西北部伦内普小镇的一个富裕的商人家庭里，并且在荷兰度过了大部份童年时代。20岁时，他迁到了苏黎士，三年后毕业于联邦理工学院，并且获得了工程学士的学位。虽然伦琴作为一个大学生没有学习过任何实验物理 学的课程，但是部份是在该学院的物理学教授、他的导师August E. Kundt的劝说下，他决定选择在该领域的研究生课程。

在1869年获得哲学博士以后，伦琴在各式各样的德国大学中担任过一系列的教学工作。他和Kundt合作，仔细研究了物质的特性，例如他是证明了加热湿空气比干燥空气容易的第一个人（用自制的温度计）。他的另一方面的工作对十九世纪七十年代苏格兰的数学物理学家詹姆士•克拉克•马克斯韦尔提出的一元化电磁理论提供了强有力的支持。

当伦琴成为伍尔兹伯格市的这所大学的物理学教授和物理研究所的主任时，他才43岁。伍尔兹伯格是一座较小的，但是繁荣兴旺的巴伐利亚城市。在研究所二楼，他和他的妻子分到了宽敞的宿舍，包括与两个专用实验室之一相连结的一个书房。这项任命使他非常高兴，18年前这所大学没有让他在这里担任教授职位，因为他不能出示证明他曾经完成了高中学业的毕业证书。

伦琴将大部份时间花在为伍尔兹伯格大学初创的物理系争取实验室有更大的场所，更多的职员与其它资源上。他企图凭借自己的努力，使伍尔兹伯格大学物理系跻身德国最好的物理系之列。他的同事都知道他是一个特别有抱负的、细心的人，他对物理学所有领域中的最新进展都有非常透彻的了解。虽然他是爱交际的，但是在他整个研究生涯中，他几乎没有和另一个物理学家交换过专业上的只言片语。

在1894年6月，他开始研究阴极射线，当时那一个极为普通的研究课题。18年前，柏林大学的德囯物理学家Eugen Goldstein给这些射线命了名。Goldstein与其他儿个人确定，阴极射线带负电荷井且它们传播的速度比光的速度慢得多。但是仍有一个重要的难题没有解决：大部份英国物理学家认为这些射线是粒子，而他们的德国同行则认为它们是一些全弥漫性以太中的扰动。

我们大概将永远不会知道伦琴将其注意力转向阴极射线的动机是什么。他的笔记本表明，他在检验无线电波的发现者——刚去世的赫兹 (Heinrich R. Hertz)与他的助手 Philip E.A. Lenard在柏林大学进行的两项实验所获码的结果。在这一年秋季，当伦琴被选这个大学的校长这一最高的职务的时候，他的研究被中断了。—些科学家沉溺于行政管理的各种各样的乐趣，但是伦琴却不是这样。到了下一年秋天，他又回到实验室中去了。

发现日

今天凡是到伍尔兹伯格理工学院119A室的参观者都能够很快说出哪里是这幢建筑物的特别之处。就是在这个有高天花板。可俯瞰植物园与树叶覆盖的Pleicher环形路（现在称为伦琴环形路）的6平方米空间，伦琴做出了震惊世界的发现。虽然这个仅有一室的博物馆没有陈列他实际用过的仪器，但是它散发出历史的气息。当这所学院的职员带领参观者走进这块圣地时，难怪他们都虔诚地把说话的声音压得很低。

1895年11月8日的晚上，加之该发现被保密7个星期的后果是吸引力与推测的丰富源泉。由于伦琴持有的沉默寡言与不可思议，还因为他从不对实际发生了什么给予一个明确的说明，伦琴本人无疑不是故意地给这种兴趣火上加油。所以，这里所描述的只是拫据伦琴的已报导过的评论与有限的文件而编辑的对这一件事件的看法。

他用来研究阴极射线的设备是当时可以得到的最好的设备。只要可能，他就宁可自己制造仪器，但是用于这些实验的大部份设备则是由第一流的仪器制造厂家提供和设计的。为了制备阴极射线管，伦琴用真空泵来从管子中除去气体与蒸汽。在这一标准的工艺过程中，管子被抽吸了 3, 4天以便将压力减到大约通常大气压力的千分之一以下。这样低的压力可以使阴极射线尽可能自由地通过管子，很少和气体分子碰撞。

一个在原理上类似于在汽车发动机中产生高压火花的变压器的感应线圈提供电流。伦琴的变压器从放在研究所地下室内的电池中获得20伏电流，并将其转换为大约各35000 伏的单个脉冲。每秒大约产生8 次脉冲，每次脉冲都可听到伴有来自次级线圈端部之间放电的响亮的噼里啪啦声。

伦琴就像平常那样单独在进行研究。他很清楚，阴极射线能够使氰亚铂酸钡涂覆的屏幕产生具有特有绿色的荧光。但是他大概发现这种辉光很难辨识，因为他是部分色盲。于是他将房间遮起来，挡住来自外边街道上煤气灯的所有光线。他也用粘贴在一起的黑卡片将阴极射线管盖上，以便使可见光不至于从管中逸散出来。

在漆里的实验室中，伦琴听到线圈在本底中劈拍作响，他偶然注意到在他的实验桌上有一小块纸在发火花，仿佛一道光线照在它上面。他认为，这道光线来自一个学生用氰亚铂酸盐溶 液写在纸上的字母“A”。他一大吃一惊：阴极射线不能传播从真空管到纸这样远的距离来显示其痕迹。进一步的实验表明，闪烁的光的确是由真空管内发射出来的东西引起的，它的渗透性比阴极射线更强。

“无意中”伦琴说，他发现这种发出来的东西不受阻碍地穿过一张黑纸。他接着证明它穿过了一张扑克牌。他注意到，一本 厚书在屏幕上投下一个轮廓清晰的阴影，清楚地表明，他正在观察某种以直线移动的射线。当他检查这些射线穿渗金属的程度时，他也许对这一切感到非常吃惊。因为他放置了一小块铅在射线的通路上，他不仅看见了铅的较深的阴影，而且也看见了呈现他的大拇指与其他几个手指形状的模糊阴影。那片阴影本身又包围勾画出他的手指骨骼的另一组阴影。

伦琴用一个经典实验阐明了X-射线的性质。用一块磁铁使一束阴极射线偏转，以致它照射在真空管侧面的不同区域以后，他确信，在大约儿分钟内——X-射线是阴极射线照在真空管的内壁那一点，而不是电路上的任何其它点发出来的。他还指出，磁力不影响X-射线，证明它们不带电荷。伦琴下一步测定了X-射线，它像阴极射线一样，能够使照相底板变黑。通过将物体放在射源物与底板之间，利用材料传送射线的不同能力，他摄取了持久性的X-射线照片。在摄取这些照片中，他开发X -射线成像的三个关键性的领域。首先，他的一幅装有重物的关闭了的木箱的图像，清楚地显露出它的内容物，从而预示了在每个机场安全检查时的应用。

第二，一幅他的猎枪的X-射线图像揭示在枪的材料内部有一条裂缝：一条隐藏在结构中的裂缝被揭露出来而没有毁坏物体这还是第一次。最后，并且也是所有三个领域中最使人吃惊的是，他拍摄了一张他的妻子左手的永久性X-射线照片，显 露出她的骨骼与她戴着的戒指。为了产生这一图象，Bertha的手对着板保持静止不动约15分钟，她接受的X-射线的剂暈危险地超过现代保健与安全标准所设定的极限。这是开拓者们不知不觉地面对的危险。

伦琴仔细地比较了X-射线与可见光的特性。虽然两者在电学上都是中性的而且能够投射边缘清楚的阴影，他发现在其它方面，X-射线似乎不同于光线。他既不能够反射 X-射线，也不能使它们折射（他不能使它们从一种介质穿向另一种介质，例如，使它们通过玻璃棱镜而改变方向）。此外,他没有发现它们能够衍射的证据（这些射线在它们的通路中不会在障碍物周围弯曲）。

然而，X-射线与光线间的类似性导致伦琴提出，它们在某些方面是相近的。按照马克斯韦尔在1873年提出的理论，光是一种在以太中传播的电磁波，具有垂直于波运动方向振动的电磁信号。伦琴试探性地提出，X-射线是在以太中的振荡，其方向与射线的传播方向相同。这一推测——被证明是错误的——是他的论文（关于一种新射线，初步信息）得出的结论。这是实验物理学的一篇杰作，同时伍尔兹伯格大学直至令天都接到获得这篇简报的请求。

在1895年圣诞节后3天，他将一份十页的手写稿交给伍尔兹伯格物理医学学会的秘书并提出了一个异乎寻常的申请，要求早点出版它。将他的手稿副本与照片邮寄给欧洲的几个第一流的物理学家后的新年这一天，他对他的妻子说：“现在将有无穷的后患了。”

直接的后果

“有几天我讨厌工作。我再也不能在报告中承认自己的工作，他的发现这一新闻透露出去后大约一个月，他写信告诉他以前的助手说。他生气了，并且被报纸上最初的描述搞得心烦意乱，这些描述把重点放在他的著名的照片上，好像它们代表他的试验的最为重要的方面。伦琴自己更为感兴趣的是发现了x-射线的真正的性质和特性。

第一篇新闻报导出现在1月5日星期天的《维也纳新闻报导》中，到了1月16日，《纽约时报》也刊载了这一消息。在获得原文的译文之前，大多数科学家已经看过了这些报告，因此有几个专家开始不相信这些报告是不足为奇的。在这些怀疑的人中有一个是格拉斯哥大学的Kelvin爵士，当时被许多人认为是活着的最伟大的科学家。Kelvin最初认为这一宣告是一个骗局（他很快改变了这一想法）。

X-射线穿透物质的惊人能力引起了许多显示大众对这种新射线的误解的漫画。此外，这一发现激发了许多欺骗行为。一家伦敦的公司打广告宣传它的“防X-射线内衣”，法国的热心人企图“拍摄灵魂的照片。” 在衣阿华州，一个农民报告，他已经用这种新射线将一块13厘米厚的金属变成了价值153美元的黄金。

工程师与摄影者总的来说甚至比医生更快地了解了X-射线装置的潜在用处。正如美国的杂志《电气工程师》1896年3月号上所评论的，“可以说，没有哪一个拥有真空管与感应线圈的人，不会重复伦琴教授的实验。”到了那一年的年底，已有数百个原始的X-射线机在运行之中。第一个辐射摄影的试验是偶然的事，因为它的专业人员仅仅能够推测产生清楚的照片所需的曝光时间。从 1899年起，医生们开始试验性地将射线用于治疗癌症，结核病与各种炎症。他们的成功是参差不齐的，并且有一些病人与医生遭受了严重的辐射灼伤。

伦琴始终试图继续他的研究，他不习惯作为一个国际著名人士的角色。他对收到的信大部分都没有覆信，并且除了两次演讲外，他谢绝了所有这样的邀请。有一次接受邀请，是为了响应来自柏林帝国宫廷的召唤。请他在1月13日向皇帝威廉二世表演他的发现，伦琴因为他的政策和对科学的兴趣而佩服他。成功地表演以后，皇帝授予伦琴普鲁士皇冠勋章（二级）并且迅速地委托其他的三个科学家来调查研究这一发现在军事上的潜力。伦琴知道这项工作，但是既不帮助它，也不阻挠它。

第二次演讲是他向伍尔兹伯格大学的全体教师和学生、高级军事成员与地方官员作的。伦琴用荷兰口音，轻声地讲着，他介绍了他的研究结果，并且在听众面前放一张他朋友的手的X-射线照片而使他们感到高兴。这个既是朋友又是同事的E. Albert von KÖlliker，是组织学的奠基人之一，提议向伦琴三次喝采， 并且提出这一射线此后应称为伦琴射线，与伦琴的愿望相反，这个名字很快在所有讲德语的国家中被采用了，并且现在仍然在使用它。

第一个诺贝尔奖

尽管名声引起讨厌的心烦意乱，但是伦琴仍完成了另外两篇关于X-射线的论文，一篇完成于1896年 3月，另一篇完成于一年以后。在与第一篇同样简明扼要的风格写成的这些简短的论文中，他报告了将各种材料暴露于X-射线后所产生的效 应。在他一生的其余时间，他没有写另外的关于X-射线的文章，虽然他继续研究了它们的特性。

发现X-射线后不久，艾尔弗雷德·诺贝尔起草了他的遗嘱。在遗嘱中，他捐赠了冠以他的名字的奖金。在1901年，第一个诺贝尔物理奖被授予伦琴。尽管竞争异常激烈，委任的委员会仍压倒多数地投票赞成他。其它11个被提名者中的8个后来都获了诺贝尔奖。

他从瑞典皇太子手中接受了他的证章，并且在以后的宴会上发表了雄辩的答谢演说，但是第二天他就离开了，羞地谢绝发表接受诺贝尔奖金的演讲。虽然他刚接受了慕尼里大学的一个职位（他就是在那里度过了他的其余的学术生涯），他将所有的诺贝尔奖金都捐赠给伍尔兹伯格大学物理系以对学生提供财政支助（这些基金的利息仍用于这一目的）。

伦琴发现X-射线后的几个月内，出现了几种关于X-射线性质的不同的理论。有两种理论特别流行。在一种理论中，这种射线被描述为电磁能量的脉冲（短时间的激发），它是在阴极射线突然射到物体上并停下时发出的。在另一种理论中，X-射线被简单地想象为另一种类型的电磁波，它像可见光一样，但是具有短得多的波长。直到1912年，通过在慕尼黑所做的试验才得到了支持后一种理论的重要证据。

理论物理研究所的Max T.F.von Laue卓越地提出，如果波理论是正确的，X-射线束就应该被晶体衍射，而晶体则被普遍地（与正确地）认为是由挑列整齐的原子组成的。Von Laue将这种想法传给两个 学生：Walter Friedrich 与 Paul Knipping, 他们很快提出了一些惊人的模型，表明它们的X-射线束确实被硫化锌的晶体所衍射。

与流行的看法相反，Friedrich 与Knippmg的结果并没有给竞争的理论一个突然而致命的仃击。他们的结果宣布后几个月，莱顿大学的Hendrik A. Lorentz用学者的风度指出，它们也能被脉冲理论所解释。没有哪一个试验能够驳倒脉冲理论，但一致赞成波理论仅仅是逐渐形成的。

剑桥大学的科学史家Arne Hesseenbruch最近对导致意见一致的因素提出了重要的见解。他指出，医学放射学家们的有影响的与正在发展的团体早在1907年就已开始将X-射线例行地看作为电磁波，并且在这一领域工作的人几乎总是信奉这种电磁波理论。他们可争议的过早接受这种电磁波理论，十分有助于确定脉冲理论。

电磁理论总是对伦琴在他的伍尔兹伯格实验室所做的观察给予一个简单的解释。当他的带负电荷的阴极射线（电子）束照射到真空管的侧壁的时候，他们很快减速并且失去它们的大部或全部动能。与所有的带电粒子相同，当一个电子加速或减速时，它发出电磁辐射。它是这样一种辐射：呈现伦琴检测出的深深穿透性的X-射线的形式。

直到1923年伦琴被肠癌夺去生命以前，他继续利用他的名声来推动德国的物理学事业。德国技术历史博物馆被建在慕尼黑而不是原来偏爱的柏林，这部分是由于他对皇帝威廉二世的影响。伦琴的最近的传记作者、新闻记者Angelika Schedel发现了实质性的证据，表明伦琴远比人们一般认为的更喜爱政治工作。

Schedel指出，虽然伦琴通常被刻划为难于接近的与内向的，但是很可能因他忠诚地照顾他的妻子(由于肾绞痛发作死于1919年）长期在大学里缺课而获得了这一名声。由于极度伤心，他第二年就退休了。    也许最令人惊异的是，不是更早就发现X -射线的。远在1895年以前，其他的许多科学家配备仪器进行了必要观察，如果他们没有认识到，他们也肯定看见了X-射线的效应。大约15年以前，伦敦大学的 William Crooks 作了如下记录：贮藏在他的阴极射线管附近的底片时常是模糊的，他甚至将它们中的一些退回给制造厂家，抱怨它们是不能令人满意的。

几个科学家声称自己在伦琴之前发现了X-射线，其他的许多人 贬低伦琴的工作，认为只是侥幸。在不满者中抱怨最厉害的是Lenard, 他是赫兹的助手，认为伦琴应该承认他的工作。伦琴的工作取得突破以前不久，Lenard设计了一个特别加以改进的阴极射线管，伦琴获得了其中的一个。虽然伦琴发现时没有使用Lenard的设备，但Lenard无礼地说，“如果论琴是发现X-射线的助产士，我则是母 亲。”对这些话与许多其它无礼的评论，伦琴没有回答。

无疑，伦琴对于作出这一发现来说处于极好的地位。他具有当时比较先进的仪器，这就要求具备高超的实验技巧和丰富的知识。他是这样幸运吗？如果幸运可以归因于通过异常的准备后抓住一个同样异常的机会时所碰巧发生的事情，答案必定是肯定的。