玻璃器皿的貢品——倫琴發(fā)現(xiàn)Ｘ射線

這是一個(gè)圍繞著玻璃器皿而發(fā)生的故事。

從人類(lèi)早期探究電的奧秘時(shí)起，就與玻璃棒結(jié)下了不解之緣。電分為兩大類(lèi)，其中一類(lèi)叫做“玻璃電”，即正電。赫赫有名的萊頓瓶其實(shí)質(zhì)就是盛水的粗口玻璃瓶。隨著玻璃器皿制作工藝的進(jìn)步，玻璃工匠們可以制作各種各樣的玻璃器皿，促進(jìn)了人類(lèi)對(duì)自然現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)。

早在18世紀(jì)上半葉，德國(guó)萊比錫學(xué)者約翰·海因里?！の目死蘸推渌芯空?，用一架起電機(jī)，使抽去部分空氣的玻璃瓶?jī)?nèi)部產(chǎn)生了輝光。他們記錄下了這種發(fā)電現(xiàn)象，但沒(méi)有予以深究。1836年，偉大的法拉第也注意到低壓氣體中的放電現(xiàn)象。他曾經(jīng)想試驗(yàn)真空放電，但是，因?yàn)槿狈Λ@得高真空的技術(shù)方法和手段而未能如愿。不久，德國(guó)波恩大學(xué)教授尤利烏斯·普呂克爾，提出了這樣問(wèn)題：當(dāng)電在不同氣壓下通過(guò)空氣和氣體時(shí)，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象呢？為了得出這一問(wèn)題的正確答案，普呂克爾需要一些有關(guān)的試驗(yàn)設(shè)備和裝置，首先需要玻璃管，并且在管的兩端封入裝上輸入電流用的金屬體，其次需要能把玻璃管內(nèi)的壓力減少到最低值的抽氣泵。

普呂克爾找到波恩一個(gè)制作物理和化學(xué)儀器的作坊，他向作坊主說(shuō)明了來(lái)意。

“蓋斯勒，請(qǐng)過(guò)來(lái)一下，來(lái)見(jiàn)見(jiàn)普呂克爾先生！”作坊主喊過(guò)來(lái)一位中年技工。

靜電感應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)

“這位是敝店技藝最高的玻璃工，請(qǐng)你們先談一談技術(shù)細(xì)節(jié)，然后再簽訂訂貨協(xié)議?！弊鞣恢饔秩ッe的事務(wù)了。

“我想訂制一種兩端封有金屬電極，并且內(nèi)部氣體稀薄的玻璃管，你看不難辦到吧？”普呂克爾談了玻璃管規(guī)格、尺寸。

“封入金屬電極不難，抽去空氣也不難，不知你抽去空氣達(dá)到什么程度？蓋斯勒胸有成竹地回答他。

“這……當(dāng)然是把管內(nèi)的壓力減小到最低值，最好是真空。真空，你懂嗎？”

蓋斯勒點(diǎn)了點(diǎn)頭。蓋斯勒不是一般的玻璃工匠，他從小學(xué)藝，當(dāng)吹玻璃工以后，一直堅(jiān)持夜校學(xué)習(xí)，掌握了科學(xué)常識(shí)，平時(shí)還愛(ài)發(fā)明些小玩意。

1850年，蓋斯勒成功創(chuàng)制了稀薄氣體放電用玻璃管，普呂克爾用它實(shí)現(xiàn)了低壓放電發(fā)光。普呂克爾十分高興地邀請(qǐng)蓋斯勒參觀他的實(shí)驗(yàn)。這時(shí)，普呂克爾和蓋斯勒已經(jīng)成為好朋友。細(xì)心的蓋斯勒發(fā)現(xiàn)抽空的玻璃管放電發(fā)光的亮度不同，是與玻璃管抽成真空的程度有關(guān)系。

普呂克爾誠(chéng)懇地對(duì)蓋斯勒說(shuō)：“要有真正的抽氣機(jī)能夠造成真空那該多好啊！多少物理學(xué)家期待著研究真空現(xiàn)象，沒(méi)有真空抽氣泵不行啊。”

言者有心，聽(tīng)者更有意。蓋斯勒早就對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)械式抽氣泵和流水式抽氣泵不滿意了。普呂克爾的一席話，使他下決心改造傳統(tǒng)抽氣泵，研制新的抽氣泵。

一天，蓋斯勒翻閱有關(guān)托里拆利用水銀代替水，形成“托里拆利真空”的科學(xué)資料，讀后極受啟發(fā)。他想，流水式抽氣泵改用流汞效果不是更好嗎。蓋斯勒不是那種想干什么就干什么的急性子，總要深思熟慮以后才肯動(dòng)手。他首先找來(lái)有關(guān)抽氣機(jī)的全部資料，然后翻閱大量關(guān)于水銀的資料。他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。

不久，蓋斯勒研制成功一種簡(jiǎn)單、可靠、實(shí)用的水銀泵，用它幾乎可以全部抽掉玻璃管中的空氣。用水銀泵抽成真空的低壓放電管，使普呂克爾完成了對(duì)低壓放電的研究。后人為了紀(jì)念這位吹玻璃工人，將低壓放電管稱(chēng)為“蓋斯勒管”。現(xiàn)代發(fā)光文字和霓虹燈廣告就是以蓋斯勒管為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的。

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)，發(fā)現(xiàn)了陰極射線。他為蓋斯勒管陰極管壁上出現(xiàn)的美麗綠色輝光所傾倒，加之蓋斯勒的友誼，使他轉(zhuǎn)向了研究蓋斯勒管本身。

1868年，普呂克爾去世。他沒(méi)有能夠把實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到底，普呂克爾的學(xué)生接過(guò)了老師的工作。學(xué)生的名字叫約翰·希托夫。英國(guó)物理學(xué)家威廉·克魯克斯也站到了繼承普呂克爾事業(yè)的行列中。

希托夫和克魯克斯兩人的工作，主要是使蓋斯勒管達(dá)到更高的真空度。他們分別獨(dú)立地運(yùn)用水銀泵制成高真空放電管，后來(lái)人們稱(chēng)其為“希托夫－克魯克斯管”。

希托夫研究了高真空放電產(chǎn)生射線的主要性質(zhì)?！翱唆斂怂构堋钡恼婵斩雀撸烹姇r(shí)沒(méi)有輝光。在管中，從陰極發(fā)射出的一種射線碰到玻璃管壁或者硫化鋅等物質(zhì)，會(huì)發(fā)出熒光。這種發(fā)光現(xiàn)象被稱(chēng)作“冷光”現(xiàn)象。這種從陰極發(fā)射出的能產(chǎn)生熒光的射線，被物理學(xué)家正式命名為“陰極射線”。

當(dāng)這一研究成果公布以后，引起了整個(gè)物理學(xué)界的極大興趣?！跋Ｍ蟹蛞豢唆斂怂构堋钡某霈F(xiàn)，使科學(xué)家更方便、更深入地研究起陰極射線來(lái)了。

人們發(fā)現(xiàn)了陰極射線的一系列物理現(xiàn)象。正是由于“陰極射線”的發(fā)現(xiàn)，才導(dǎo)致了X射線、放射性和電子等一系列重要的發(fā)現(xiàn)。在研究陰極射線的人群中，德國(guó)物理學(xué)家威爾海姆·倫琴很快脫穎而出了。

倫琴，1845年3月27日生于德國(guó)普魯士魯爾地區(qū)的一個(gè)小鎮(zhèn)——萊尼斯。他先后曾在3個(gè)國(guó)家的好幾所大學(xué)里就讀，后來(lái)從師庫(kù)恩德門(mén)下。庫(kù)恩德是著名的物理學(xué)家，倫琴隨老師回到德國(guó)后，先后在國(guó)內(nèi)六七所大學(xué)任教。從1888年起，他擔(dān)任巴伐利亞州維爾茨堡大學(xué)物理研究所所長(zhǎng)。在這個(gè)研究所工作期間，他發(fā)現(xiàn)了具有穿透力極強(qiáng)的X射線，從而名揚(yáng)天下。

我喜歡離開(kāi)人們通行的小路，而走荊棘叢生的崎嶇山路。——倫琴

倫琴發(fā)現(xiàn)X射線以前，已經(jīng)有一些人觀察到這一現(xiàn)象，只不過(guò)沒(méi)有引起足夠的重視罷了。克魯克斯曾多次發(fā)現(xiàn)放在陰極射線管附近的照相底片會(huì)感光，但是他只認(rèn)為是偶然現(xiàn)象，沒(méi)有給予重視。

克魯克斯時(shí)代，照相術(shù)興起時(shí)間不長(zhǎng)，底片質(zhì)量不佳，也就怪不得克魯克斯的粗心。因?yàn)楹芏辔锢韺W(xué)家都碰到過(guò)這種現(xiàn)象，有人還把實(shí)驗(yàn)室照相底片異常感光叫做“走光”。不管怎么說(shuō)，他們沒(méi)有追究“走光”。

倫琴細(xì)心，獨(dú)具慧眼，所以成了發(fā)現(xiàn)X射線的幸運(yùn)者。

自從擔(dān)任維爾茨堡大學(xué)物理所所長(zhǎng)以后，他一直研究陰極射線。由于克魯克斯管的高真空度，低壓放電時(shí)沒(méi)有輝光產(chǎn)生，那么隨之而來(lái)的檢測(cè)陰極射線是否存在的問(wèn)題就被提出來(lái)了。1894年，一位德國(guó)物理學(xué)家進(jìn)行了“克魯克斯管”實(shí)驗(yàn)。他把陰極射線碰到管壁放出輝光的地方，用一塊薄鋁片代替原來(lái)的玻璃。結(jié)果，陰極射線管中發(fā)射出來(lái)的射線，穿透了薄鋁片射到外邊來(lái)了。這位物理學(xué)家用鉑氰化鋇（一種熒光物質(zhì)）涂在玻璃板上，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上時(shí)，熒光板就會(huì)在黑暗中放出耀眼的光亮。

倫琴的實(shí)驗(yàn)室

倫琴在重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了奇跡。他為了防止熒光板受偶爾出現(xiàn)的管內(nèi)閃光的影響，用一張包裹相紙的黑紙，把管子包得嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)。在黑暗中，倫琴打開(kāi)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時(shí)，頓時(shí)熒光板亮了。距離稍遠(yuǎn)一點(diǎn)，熒光板又不亮了。

結(jié)果，倫琴?gòu)闹邪l(fā)現(xiàn)了陰極射線的一些新性質(zhì)。原來(lái)，射出的陰極射線，只能在空氣中跑很短距離，距離一遠(yuǎn)，就被空氣吸收了。同時(shí)，倫琴看到，陰極射線只能穿過(guò)薄鋁片，而不能穿過(guò)玻璃。

為了進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，倫琴把一個(gè)完整的梨形陰極射線管包裹好，打開(kāi)開(kāi)關(guān)，頓時(shí)出現(xiàn)了奇異的現(xiàn)象：盡管陰極射線管一點(diǎn)亮光也不露，但是放在遠(yuǎn)處的熒光板竟然亮了起來(lái)。倫琴十分驚奇，順手拿起閃閃發(fā)亮的熒光板，一個(gè)完整手骨的影子突然魔術(shù)般地出現(xiàn)在熒光板上。倫琴額頭上冷汗頓出，一時(shí)弄不清自己是在做實(shí)驗(yàn)，還是出現(xiàn)了幻覺(jué)。倫琴當(dāng)然不會(huì)放過(guò)這個(gè)稍縱即逝的奇特發(fā)現(xiàn)，他立即開(kāi)亮電燈，仔細(xì)檢查后，又重新做起實(shí)驗(yàn)。奇妙的光線又被熒光板捕捉到了，他把手放到陰極射線管和熒光板之間，完整的手骨影子又出現(xiàn)在熒光板上。這是事實(shí)，從未見(jiàn)報(bào)道過(guò)的事實(shí)。倫琴激動(dòng)得要暈過(guò)去了。他覺(jué)得身體軟軟地，已經(jīng)不能再繼續(xù)工作了。因?yàn)樗^(guò)分興奮了……

1896年倫琴首次拍攝到他妻子手的X線照片，其無(wú)名指上戴著一枚戒指。

第二天，倫琴結(jié)束重復(fù)驗(yàn)證無(wú)誤的實(shí)驗(yàn)之后，集中精力思考了這一新發(fā)現(xiàn)的事實(shí)。倫琴想，它肯定不是陰極射線，因?yàn)樗艽┩覆Ａ?、遮光的黑紙和人的手掌，其能量是很大的。陰極射線不可能穿透玻璃。

為了驗(yàn)證它還能穿透哪些物質(zhì)，倫琴幾乎把手邊能拿到的東西都拿來(lái)了做實(shí)驗(yàn)。他用木頭、橡膠皮、厚紙板、金屬片……一件件地依次放在射線管與熒光板之間，這種未知的神奇光線全把它們穿透了。最后，鉛擋住了它的進(jìn)攻，神奇的光停住了。倫琴還發(fā)現(xiàn)這種射線能使包在黑紙中的照相底片感光。

倫琴對(duì)神奇的光產(chǎn)生的現(xiàn)象了解得越來(lái)越多，但是對(duì)它產(chǎn)生的原因、性質(zhì)又如何卻知道得很少。倫琴感到這種神奇的射線對(duì)人類(lèi)是一個(gè)未知領(lǐng)域，為了吸引更多的人們研究它，倫琴將他發(fā)現(xiàn)的神奇射線命名為“X射線”。

1895年12月28日，倫琴宣布了自己的發(fā)現(xiàn)和研究成果，并且出示了用X射線照出的手骨照片。

整個(gè)科學(xué)界為之震驚。隨著莫爾斯電碼的滴答聲，倫琴的名字傳遍了全世界。人們紛紛拿出實(shí)驗(yàn)室里的“希托夫－克魯克斯管”，尋找X射線?！坝辛恕?，“發(fā)現(xiàn)了”，“成功了”。他們也分享了倫琴發(fā)現(xiàn)X射線時(shí)的歡樂(lè)。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。于是X射線成了神奇的醫(yī)療手段。

君子在下位則多謗，在上位則多譽(yù)；小人在下位則多譽(yù)，在上位則多謗。

——柳宗元