伦琴射线是怎样发现的（伦琴与X射线）

一、前言

  X射线发现并不是因为科学期刊上的文章而闻名于世。 尽管发现X射线的科学家威廉·伦琴撰写并发表了精确优雅的论文，但大多数科学家是通过阅读早上报纸了解到X射线。 为什么是这样的呢？ 让我们听 Kathy 老师讲讲其中有趣的故事吧。

二、X射线

  事情还得从1895年12月28日讲起。 德国维尔兹堡大学的一个小小的科学杂志发表了威廉·伦琴的一篇短文。  当年伦琴50岁，性格非常腼腆内向。 几周前伦琴意外发现真空管在放电过程中会产生一种新型射线， 这种射线具有穿透人体皮肤和肌肉的能力，将骨骼的影子留在荧光屏上。 伦琴将这种射线称为X-射线，以便与其它射线相区分。

▲ 图1.1.1 伦琴的文章：关于一种新的射线

  X射线能够让胶片感光， 因此他请自己的太太贝莎将手放置在密封的胶片前，拍摄了人类第一张医学X照片。 在鬼魅的X照片上，结婚戒指悬浮在无名指骨头上。 这个标志性的装饰出现在很多早期医学X射线照片中。

  然而就像很多其他文章那样，当时发表在科技杂志上伦琴的论文没配任何图片。 由于缺少图片佐证使得论文结论不太容易让人理解。 就像他的一位朋友所说的那样：让人感到像病人的幻觉或者骗人的戏法。

▲ 图1.2.2 早期手掌X射线照片

三、媒体传播

  在1896年1月5日，伦琴带着X射线照片和文章参加了柏林物理学会会议。 他偏居会议室一角，没有其他与会者关注到他。 后来伦琴向世界上著名的科学家发送了12份X照片和文章。幸运的是其中一位接收到照片和文章的人，也是他之前的合作伙伴，名叫弗朗茨·埃克斯纳。 当他收到伦琴发送过来的照片和文章时，正好在举行 一个大型晚餐聚会。 于是他将这些非同寻常的照片给正在吸烟交谈的朋友们看。 埃克斯纳的一位朋友，恩斯特·莱歇尔被照片迷住了，向埃克斯纳借了照片和文章给他的爸爸看。

▲ 图1.3.1 物理会议

  莱歇尔是一位物理学家，他马上理解了伦琴发现的意义， 而且他的老爸是维也纳最大报纸的主编。 那天晚上，莱歇尔与他父亲写了第一篇关于X射线的新闻报道，文章标题为：一个令人激动的发现。 文章称这个发现很像朱尔斯·凡尔纳的科幻小说，但这并不是愚人节上的玩笑， 而是一位正经科学家的研究成果。你若不相信，有照片为证。

▲ 图1.1.2 第一篇关于X射线的报纸文章

  第二天，1896年1月6日，德国几乎所有主要报纸以及伦敦的几家报纸都转载了这篇文章。 英国卫报的标题是：一个真正令人激动的大发现。 英国标准报向其读者保证：这里没有任何玩笑和欺骗，是一个严肃德国教授的严谨发现。

  任何事情只要伦敦一报道，就很快传遍了全球。在1月7日美国堪萨斯州报纸上有两篇文章。 当然，并不是所有的人对这个新闻激动万分，有人对来自伦敦新闻照片感到忧心忡忡： “自从这位邪恶教授发明了一种新的光线之后，连自己体内的骨头都不再属于自己的了，这真的让人感到无助。”   上面这段话恰好紧接着另外一篇文章，内容是关于：英国需要颁布一部法令来保护脆弱的男人不受家里面酗酒、蛮横、好吃懒惰女人的家暴。  这种巧合反映了报纸主编喜欢小题大做。

▲ 图1.3.3 埃克斯纳收到了文章和照片

四、盛名远扬

  X射线的瞬间流行得益于伦琴在最初论文中声称这种射线产生方法非常简单，并将制作方法进行了详细介绍。 

  阴极射线早在1859年就被发现，所以在1896年几乎所有科学实验室中都有老式克鲁克斯真空管或者球形火炬真空管， 在储藏室的某些地方还摆放着其它各种真空管，这些都可以用于产生X射线。

▲ 图1.1.3 阴极射线

  通过新闻报道，伦琴立即盛名远播。  到了1月13日，也就是最初论文发表的8天之后，伦琴就收到德国皇帝的邀请，请他对新型射线进行一次私人演示。 很多公众演讲接踵而来，伦琴都进行了回绝。最后在1月26日，他在其所在大学进行了一次报告。 这次报告室内坐满了听众。甚至在演讲开始之前，听众起立为其鼓掌。 在演讲过程中，伦琴请现场一位观众参与拍摄X射线。当照片显影时，观众接连爆发出欢呼， 并提议将X射线改名为伦琴射线，即 Roentgenstrahlen， 现在被广泛接受，在德国仍然称X射线为伦琴射线。

▲ 图1.3.5 在演讲现场拍摄的X射线照片

五、遭人嫉妒

  另外一位德国人，飞利浦·勒纳，曾经发明过很多特殊的真空管，伦琴也利用这些真空管发现了X射线。  他在给伦琴贺信中写道：“正因为你的重大发现在大众里面引起很大的关注，这也使我的一些寻常工作得到了曝光。”， 在贺信中勒纳使用了两个 remarkable 单词。 

  伦琴在回信中写道：“也向你的工作表示祝贺， 我也为自己的工作使你得到承认而感到高兴。”  然而勒纳因为嫉妒开始让他们之间的关系变得糟糕起来，似乎伦琴抢先一步获得了所有的荣誉。

  的确伦琴获得了无数的荣誉和奖励。他是第一个获得了诺贝尔奖的人。 德国一个城镇以他的名字命名。 勒纳开始抱怨伦琴实际上在X射线发现方面并没有太多的贡献，认为：“任何人只要他稍微脑子清醒，使用勒纳的真空管都可以发现X射线。”，  最终，勒纳参加了法西斯，在第二次大战期间成为雅利安科学院领袖。

▲ 图1.1.4 飞利浦·勒纳与威廉·伦琴

六、荣誉背后的烦恼

  在这期间，伦琴的生活备受折磨而陷入窘境。他的爱人贝莎在1896年给堂兄的信中写道： “作为一个名人不是像你想象的那样轻松，没人知道这会带来多么大的工作压力。” 

  按照伦琴的性格，他特别憎恶受到公众的关注。 此时他的老婆身体也出现的状况，所以为了照顾爱人他从公众视野中消失了。 在1月23日那次公众演讲之后，他再也没有在公众大型场合进行X射线相关的演讲， 他将所获得的诺贝尔奖金都捐献给所在的大学。

▲ 图1.6.1 伦琴与他的X射线管

  在给他的朋友的信中写道：“仅仅过了几天之后，我就对所有的事情感到厌恶。”  之后他又发表了两篇关于X射线的论文。他于1923年去世，去世时身无分文。

七、X射线的滥用

  伦琴对X射线反感，但整个世界却为之疯狂。 同时期人们对X射线的看法是：“一种可以窥视新世界的超自然能力。”  

  一年之内，爱迪生发明了维太放映机。涂抹有钨酸钙的屏幕在X射线照射下会发光。 在室内光线下也可以看到X透视图像。所以可以让病人站在X射线机前，你拿着屏幕便可以动态观察病人体内结构。 只是在这个过程中，病人和医生都会吸收过量的X射线。

▲ 图1.7.1 爱迪生的维太放映机

  很快出现了一些巡演社团进行X射线表演，来引起观众兴奋和惊讶。 有人通过销售一种特殊内衣来获取利益，声称可以让你在应用X射线过程中得到保护。 当时X射线被广泛用于治疗头痛，给帽子定尺寸，消除脸上丘疹， 治疗乳腺炎，治疗哮喘，移除体表毛发等等。

  当时制鞋店使用一种X射线机来显示皮鞋与脚之间透视图，检查鞋子是否合适，这个在当时非常流行。 可要知道，这种装置所发射的X射线计量比现代X射线机大了1000多倍。这种制鞋荧光屏在美国直到1970年之后才被禁止。

▲ 图1.1.5 在美国流行的制鞋X射线荧光屏

八、科学意义

  让我们再回到1896年，当时不仅仅是老百姓对于X射线感兴趣，也在科学界引起轰动。 欧内斯特· 卢瑟福回忆道，当人们听说到伦琴X射线，所有实验室开始将克鲁克斯真空管拿出来产生X射线。  这也立即导致物理发现方式的巨大改变。

▲ 图1.8.1 欧内斯特·卢瑟福

  在法国，仅仅几个月后，亨利·贝克勒尔想知道荧光物质是否是某种X射线源，通过研究进而发现了放射性。 就在第二年，卢瑟福的研究生导师，J·J·汤姆逊受到X射线的启发，开始进一步研究阴极射线。 

  最终汤姆逊是如何发现了第一个亚原子粒子电子的呢？ 这个发现对我们的物质世界进行了重新定义。对此我们下回接着聊。

参考资料

[1]

Kathy老师讲述的有趣科学历史: https://blog.csdn.net/zhuoqingjoking97298/article/details/128637281?csdn_share_tail={"type":"blog","rType":"article","rId":"128637281","source":"zhuoqingjoking97298"}

[2]

How the shy Roentgen created the X-ray Craze: https://www.youtube.com/watch?v=sKFW7V00QXY

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