X射线(X射线)是德国物理学家C.伦琴(1845-1923)于1895年11月8日偶然发现的,为此他于1901年获得了历史上首个诺贝尔物理学奖——瑞典化学家诺贝尔恰巧X射线发现前半个多月立下遗嘱,捐出遗产设立诺贝尔奖。 然而,伦琴拒绝为X射线申请专利物理学家废纸,拒绝同事和朋友以他的名字命名的建议(尽管后人有时仍将X射线称为伦琴射线),并拒绝在诺贝尔奖颁奖典礼上发表讲话。 伦琴在遗嘱中将他获得的诺贝尔奖捐赠给维尔茨堡大学作为研究经费。 不幸的是,由于一战后严重的通货膨胀,他后来捐出的奖金几乎没用了。 和废纸一样。 X射线一被发现,当时的医学界立即认识到它无限的医疗价值,并立即将其应用到医院。 1900年,德国军队配备了移动X光机,用于在战场上治疗受伤士兵。
发现X射线
19世纪下半叶,由于工业革命后电气工程和科学研究的双重发展和迫切的社会需求,“阴极射线”和“气体放电”(在真空管中)的研究成为一门突出的科学,无数科学家参与其中。 包括名垂青史的欧洲物理学家赫兹、伦纳德()和汤姆森(JJ),以及美国的发明家特斯拉。 在发现X射线之前,伦琴没有做过任何与阴极射线有关的实验。 换句话说,他在阴极射线和气体放电领域是个新手。 而且,在X射线实验进行的前一年,他因杰出的学术声望,被学校常任教授选举为维尔茨堡大学校长,并担任一年的繁重行政职务。 1895年10月,辞去校长职务后,开始进行阴极射线实验。 因此,值得一问的是,为什么伦琴是第一个发现X射线的人,而不是他这一代其他经验丰富、有能力的竞争对手。 特别是,相当确定的一件事是,在伦琴实验时甚至几年前,X射线一定已经反复出现,并且在世界各地的几个阴极射线实验室中都被看到过。 然而,因为怀有偏见,不知为何,他们“视而不见”,不小心错过了荆州,错过了宝贵的科学发现和永恒的荣誉。
伦琴为什么发现X射线? 合理的解释是:伦琴是一位优秀的实验物理学家。 他善于掌握和使用仪器,观察测量过程中的细节,能够对测量数据进行严格的验证和论证。 伦琴在大学主修机械工程,专攻气体的导热性能和蒸汽机的原理和构造(他的热力学课程是由“热力学之父”克劳修斯()教授),因此他喜欢设计和组装是他自己做的。 (简单)实验设备并自己进行测量(图1)。 这种研究取向和习惯,是源于当时欧洲的学术氛围,让伦琴求学求美。 另一方面物理学家废纸,是因为伦琴的性格特征确实与同龄人不同。 他有很多特点。 对精密实验有较强的意识和偏好,很少请助手帮忙测量。 此外,伦琴非常重视欧洲现代科学兴起和发展的实验传统。 他高度肯定了16世纪以来实验和观察以及客观逻辑推理(科学方法)所发挥的关键和关键作用。
图1 维尔茨堡大学伦琴发现X射线的实验室,照片来自“德国伦琴博物馆”(Rö)
1894年1月伦琴就任维尔茨堡大学校长时,他打破了当时的学术惯例,没有在就职典礼上宣读他的主要研究成果。 相反,他发表了关于他心目中的现代科学(在欧洲)发展的演讲。 其中,他强调,自16世纪以来,自然科学家群体“逐渐形成了这样的信念,即认知实验是探索(折磨)自然奥秘的最有力、最可靠的手段,实验也代表了一种确定某种事物的方式。”假设()最高权威是应该保留还是放弃。” 伦琴所肯定的科学实验是指那些经过精心设计、严格执行、以测量数据(客观证据)解释现象的实验。 后世的科学史学家认为伦琴是一位非常严谨、细致、观察力敏锐、思维清晰的实验物理学家。
1895 年 11 月 8 日星期五晚上(伦琴喜欢在周末晚上做实验,因为这样可以集中注意力,不受同事或学生的打扰),伦琴首先在阴极射线管外约 1 m(该距离是伦琴在阴极射线管外的距离)处进行了实验。阴极射线无法到达))发现荧光屏上有亮光。 他很快意识到,这种明亮的光并不是由任何已知的物理现象或射线(或粒子流)引起的光点。 然后他多次打开和关闭阴极射线管的电源,从而清楚地确定荧光的出现或消失是瞬时的,并且来自阴极射线管的打开或关闭。 这时,他排除了亮光是磷光的怀疑(),因为磷光的明暗变化是渐进的,需要一点缓冲反应时间。
在推测X射线是一种穿透力很强的新射线(或粒子流)后,伦琴立即采取了一系列步骤,努力进行各种测量,并试图综合总结它们的物理性质。 这是确立和巩固伦琴作为X射线发现者地位的关键一步,因为事实胜于雄辩,让全面的实验证据说话才是确定自然科学真实性的唯一途径。 在接下来的六周里,伦琴继续进行实验。 他反复问自己,试图回答以下问题,包括:X射线是沿直线传播的吗? 它们是反射还是折射? 它们与阴极射线有什么不同吗? 它们到底是什么? 伦琴很快证实X射线的路径不受磁场影响,因此它们不是阴极射线。 伦琴还证实X射线具有很强的穿透力,除了产生荧光外,还可以在照相胶片上产生感光图像。 由于它可以在胶片上产生图像,眼见为实,所以X射线的发现一经宣布,就引起了大西洋两岸科学家、公众和媒体的轰动。 此外,众所周知,伦琴更惊讶地发现,X射线除了能穿透纸张、书籍、木材和薄金属片外,还能穿透人体皮肤。
虽然他确信自己发现了新的射线(或粒子流),但伦琴还是很着急。 他担心屏幕上的亮光只是长时间在暗室工作后眼睛疲劳造成的错觉。 (眼缬草)。 他担心,如果贸然发表不真实、虚幻的测量结果,他的声誉就会被毁,他的学术生涯就会结束。 因此,在反复自问和测试的过程中,他似乎处于绝望的状态,不再与他人交谈,并禁止任何人进入实验室。 直到12月22日,伦琴终于邀请妻子到实验室,并请求她允许他给她的手拍X光片。 这就是科学史上著名的伦琴夫人手指和结婚戒指的X射线照片的由来。 (在拍摄妻子的手之前,伦琴无意间发现X射线穿透了自己的皮肤,但他不愿意告诉别人,还有些担心这是眼睛疲劳造成的错觉。当她突然看到一张照片时在没有任何心理准备的情况下,伦琴夫人似乎太害怕了,拒绝再进入实验室。此时,伦琴决定立即公开他的实验结果。他对妻子说:“这很麻烦。” ”“来了”(“现在魔鬼将付出代价”)。
快速发布并保持单篇文章在卷中
在确定 X 射线的穿透性并拍摄手部图像后,伦琴快速而简短地描述了他令人惊讶的发现。 他将论文命名为“关于一种新型光线:A”。 而且,伦琴并没有将该论文投递给《国家物理杂志》等当时具有较高学术地位的全国知名物理期刊,而是于12月28日(圣诞假期期间)投递给当地一家出版社,并下令破例并于当天发布。 此时,伦琴已经50多岁了。 虽然他只是阴极射线领域的新手,但他已经不再是学术界的普通人,或者只是一个普通人。 显然,伦琴深知优先出版在科学史上不可替代的指标和绝对意义。 他想必深思熟虑,吃尽苦头,在考虑现实后,他明智地选择了当地(地区)期刊,顺利完成了出版任务,从而赢得了不可撤销的“X射线发现者”称号。
1896年1月23日,伦琴在吴的例会上宣读了他的论文。 这是他一生中第一次也是最后一次关于X射线的正式讲座。 随后,他又于1896年和1897年发表了一篇X射线论文。 这三篇论文和唯一一次公开演讲就像是他的“孤论文”。 从那时起,伦琴就没有留下任何有关X射线的文字。 1900年,伦琴离开维尔茨堡大学,出任慕尼黑大学“实验物理研究所”所长。 他恢复了早年的兴趣,再次专注于晶体物理性质的研究。
图2 伦琴在演讲现场拍摄的著名解剖学家科利克的手部X光照片,取自X光| 维基| ()
在吴会议期间,伦琴给出席讲座的著名解剖学家冯·柯的手拍了一张照片。 即使按照一百多年后的今天的标准,这张射线照片仍然清晰可见。 彻底(图2)。 也是在这次演讲中,Kö建议将X射线命名为“伦琴射线”。
推动慕尼黑大学“理论物理研究所”成立
作者认为伦琴的两大科学贡献是鲜为人知的发现)。 首先,在1890年至1894年的短短四年时间里,玻尔兹曼()担任慕尼黑大学理论物理学讲座教授。 然而,玻尔兹曼离开后,慕尼黑大学理论物理教授职位空缺多年,直到“理论物理”“物理研究所”成立,索末菲申请成为首任所长。 由于索末菲(1906)的到来,几年后“慕尼黑学派”形成了与“哥廷根学派”、“哥本哈根学派”并列的辉煌局面,为完成发展铺平了道路。 20年后的量子力学。 他写下了辉煌灿烂的英雄事迹。 伦琴大力争取在慕尼黑大学除“实验物理研究所”外还设立“理论物理研究所”,以促进理论与实验的相互讨论和密切合作。 这是他对现代物理学发展作出的又一重大贡献。 值得后人钦佩和铭记。
脚注
1)X射线在英文中常写成复数X射线,所以这里用“they”。
2)唐代诗歌中,张若虚仅存两首。 他的《春江花月夜》被誉为“独霸全唐诗”。
后记
伦琴在遗嘱中要求在他生前销毁所有个人和科学通讯(信件)。 他内心向往的(发现X射线后)似乎是功力深厚、名声不详的学者生活,如(唐代卢兆麟《长安古意》) ”:“我住在长江偏僻的地方,每年床上有一本书,独特的南山桂花毛飞来飞去,攻击着人们的火车。