1. 一個偶然的大發現
科學上常常有這樣的情況， 一個意外的事件導致了意想不到的科學發現或發明， 從而推動了科學的進步。1895 年， 德國物理學家倫琴的一個偶然發現， 就促進了人們對原子內部情況的探索。
1895 年10 月間， 倫琴在實驗室裏研究陰極射線。陰極射線是19 世紀60 年代， 物理學家利用氣體放電管發現的。這種放電管就是在一根抽掉空氣的玻璃管的兩端封上金屬絲。當放電管的兩端接上高壓電源( 幾千伏特) 後， 對著陰極( 負極) 的玻璃管壁就會出現綠色的輝光。進一步研究， 發現這種從陰極放射出的輝光不像是光線。因為在輝光的通道上用金屬片作障礙物， 會在陰極對麵的玻璃壁上出現它的陰影， 這說明陰極射線像光線一樣可以產生影響； 但是， 當用透明的雲母作障礙物時， 仍然出現它的陰影， 而光線是可以透過透明雲母的。進一步的研究發現， 當用磁鐵靠近放電管時， 輝光通道上障礙物所產生的影子的位置會發生移動， 這說明輝光彎曲了。後來， 電磁場也會使輝光彎曲。物理學圖1家們就把這種不是光線的射線稱為“陰極射線”。
倫琴在研究陰極射線期間， 他的實驗室裏發生了怪事。先是， 用黑紙包得很好的照相底片被莫名其妙地感光了。開始以為毛病出在照相底片上， 就去買來新的底片， 結果仍然會出現同樣的情況。這引起了倫琴的疑問， 是不是陰極射線使照相底片感光了呢？ 他為了使照相底片不再被自動感光， 就用厚的黑紙把陰極射線管包了起來。可是不久， 又發生了一件怪事。有一天， 倫琴離開實驗後， 突然想起實驗室裏陰極射線管的電源還沒有關。於是， 他又回到實驗室。當他走進實驗室時， 竟發現實驗室裏有一處發出閃閃的綠光。打開電燈， 他看見那裏是一塊做實驗用的塗有熒光材料的硬紙板。倫琴關掉陰極射線管的電源， 則硬紙板不再發出綠光； 可接通電源， 綠光又出現了。這個奇怪的現象肯定和陰極射線管有關了。可是， 這種熒光材料隻有在強光照射下才會發出熒光， 而倫琴已經知道陰極射線的有效射程僅有1 英寸， 即隻有2. 54 厘米。況且， 當時這塊硬紙板離陰極射線管的距離有2 米。再加上， 陰極射線管已被用厚的黑紙包了起來。考慮到這些情況， 倫琴認為不是陰極射線使硬紙板發出熒光， 他意識到可能存在著某種新的未知射線。這使他異常激動， 一連幾天幾夜把自己關在實驗室裏做實驗。他先後在陰極射線管和硬紙板之間放置了木頭、硬橡膠以及許多不同的金屬。結果， 發現厚木板、紙片等都擋不住這種未知的射線； 較厚的鋁片才能完全擋住它。這些實驗的結果， 使倫琴明白了， 放在抽屜裏包著黑紙的照相底片之所以被感光， 不是照相底片的質量不好， 而是這種未知射線在作怪。因為木板和紙都不能擋住這種穿透力很強的射線。
由於倫琴埋頭於對這種未知射線的實驗而廢寢忘食， 引起了他的妻子的不滿， 就到實驗室裏來看他。倫琴讓他的妻子把手放在一張用黑紙包好的照相底片上， 然後再用接通電源的陰極射線管一照， 衝出的照相底片使倫琴和他的妻子大吃一驚， 照相底片上十分清楚地呈現出她的手骨結構， 連手指上的金戒指的輪廓也清楚地印在上麵。這張照片成了曆史上的一張著名照片。
倫琴想進一步了解這種射線的性質， 但他用磁場也沒能使這種射線發生彎曲， 用三棱鏡也沒能使它發生折射。由於， 倫琴無法說明這種性質未知的奇妙射線， 就把這種射線定名為X 射線。
倫琴把他的這一發現寫成論文， 於1895 年12 月28 日在德國的科學雜誌上發表了。這篇論文一登出， 立即引起了轟動。同時， 許多報紙都把這個發現當作一個重要新聞來報道。有的報紙還刊載了倫琴夫人手骨結構的那張X 射線照片。不久， 這個情況傳到美國， 有一位醫生用X 射線檢查了受槍傷的病人， 以觀察子彈是否還留在病人體內。X 射線能看穿人的身體， 成為醫生的有力助手。這下， 倫琴不僅在科學界， 在社會上也一下子出了名。由於他的這一偶然大發現， 1901 年， 他獲得了第一個諾貝爾物理學獎。
倫琴的發現公布於世之後， 有的物理學家感到十分懊悔。因為他們在倫琴之前， 也曾在實驗室裏發現了照片底片被莫名其妙地感光的現象， 隻可惜他們未能像倫琴一樣發現X 射線。像英國的著名物理學家克魯克斯， 他是高真空放電管， 即陰極射線管的發明人， 也是研究陰極射線的一位權威。但是， 他在發現了實驗室裏的照相底片被自動感光以後， 認為這是因為照相底片的產品質量存在問題， 找到照相底片的生產廠家退了貨。克魯克斯雖然在經濟上挽回了一些損失， 可是他在科學發現上的損失太大了， 錯過了一次可以獲得諾貝爾獎的機會。還有一位美國科學家叫古德斯比德， 他在得知倫琴的發現之後， 立即到他的廢底片中， 找出了他在1890 年2 月22 日得到的一張X 射線照片。盡管他的這張照片比倫琴的X 射線照片早了5 年， 可惜的是， 當時他沒有意識到這裏的新發現， 而把被X 射線感光的照相底片扔進了廢紙堆。對此， 古德斯比德也隻好說， 在倫琴發現X 射線的5 年前， 他就已拍出了世界第一張X 射線照片， 但卻未能發現X 射線， 無法取得X 射線的發現權。看到了同樣的現象， 卻有著不同的結果。原因在哪裏？ 其中很重要的一個因素是， 倫琴從偶然的事件中引出了疑問， 這個疑問把他引向了科學的新發現。相反， 凡是對意外現象沒有引出問題的研究者， 都失去了作出新發現的機會。可見， 疑問、問題和由此產生的好奇心是科學發展的一種動力。當然， 倫琴的發現也不能完全歸於偶然。對於意外事件隻有敏銳的覺察， 才能抓住發現的機會。
倫琴， 作為一個諾貝爾物理學獎的獲得者， 享有很高的聲望。但是， 他成名之後， 反對用自己的姓氏來命名X 射線， 而且還謝絕了貴族爵位。他把獲得的諾貝爾物理學獎的獎金捐給了自己工作的大學物理實驗室， 用作研究費用。
後來， 經過物理學家的進一步研究， 發現X 射線是一種波長很短的電磁波。它是由於陰極射線( 即高速電子流) 轟擊陰極而產生的。X 射線的用途比較廣泛。它是醫學診斷的一個重要手段， 直到今天， 我們到醫院作透視檢查， 利用的仍然是倫琴發現的X 射線。除了醫療以外，X 射線在工業上可用於金屬探傷， 在科學研究中可用研究晶體結構， 等等。
倫琴關於陰極射線的研究， 發現了X 射線； 而後來物理學家對於X 射線的研究， 又帶來了天然放射性的發現。這一係列的發現， 打開了通往原子世界的大門。
1895 年10 月間， 倫琴在實驗室裏研究陰極射線。陰極射線是19 世紀60 年代， 物理學家利用氣體放電管發現的。這種放電管就是在一根抽掉空氣的玻璃管的兩端封上金屬絲。當放電管的兩端接上高壓電源( 幾千伏特) 後， 對著陰極( 負極) 的玻璃管壁就會出現綠色的輝光。進一步研究， 發現這種從陰極放射出的輝光不像是光線。因為在輝光的通道上用金屬片作障礙物， 會在陰極對麵的玻璃壁上出現它的陰影， 這說明陰極射線像光線一樣可以產生影響； 但是， 當用透明的雲母作障礙物時， 仍然出現它的陰影， 而光線是可以透過透明雲母的。進一步的研究發現， 當用磁鐵靠近放電管時， 輝光通道上障礙物所產生的影子的位置會發生移動， 這說明輝光彎曲了。後來， 電磁場也會使輝光彎曲。物理學圖1家們就把這種不是光線的射線稱為“陰極射線”。
倫琴在研究陰極射線期間， 他的實驗室裏發生了怪事。先是， 用黑紙包得很好的照相底片被莫名其妙地感光了。開始以為毛病出在照相底片上， 就去買來新的底片， 結果仍然會出現同樣的情況。這引起了倫琴的疑問， 是不是陰極射線使照相底片感光了呢？ 他為了使照相底片不再被自動感光， 就用厚的黑紙把陰極射線管包了起來。可是不久， 又發生了一件怪事。有一天， 倫琴離開實驗後， 突然想起實驗室裏陰極射線管的電源還沒有關。於是， 他又回到實驗室。當他走進實驗室時， 竟發現實驗室裏有一處發出閃閃的綠光。打開電燈， 他看見那裏是一塊做實驗用的塗有熒光材料的硬紙板。倫琴關掉陰極射線管的電源， 則硬紙板不再發出綠光； 可接通電源， 綠光又出現了。這個奇怪的現象肯定和陰極射線管有關了。可是， 這種熒光材料隻有在強光照射下才會發出熒光， 而倫琴已經知道陰極射線的有效射程僅有1 英寸， 即隻有2. 54 厘米。況且， 當時這塊硬紙板離陰極射線管的距離有2 米。再加上， 陰極射線管已被用厚的黑紙包了起來。考慮到這些情況， 倫琴認為不是陰極射線使硬紙板發出熒光， 他意識到可能存在著某種新的未知射線。這使他異常激動， 一連幾天幾夜把自己關在實驗室裏做實驗。他先後在陰極射線管和硬紙板之間放置了木頭、硬橡膠以及許多不同的金屬。結果， 發現厚木板、紙片等都擋不住這種未知的射線； 較厚的鋁片才能完全擋住它。這些實驗的結果， 使倫琴明白了， 放在抽屜裏包著黑紙的照相底片之所以被感光， 不是照相底片的質量不好， 而是這種未知射線在作怪。因為木板和紙都不能擋住這種穿透力很強的射線。
由於倫琴埋頭於對這種未知射線的實驗而廢寢忘食， 引起了他的妻子的不滿， 就到實驗室裏來看他。倫琴讓他的妻子把手放在一張用黑紙包好的照相底片上， 然後再用接通電源的陰極射線管一照， 衝出的照相底片使倫琴和他的妻子大吃一驚， 照相底片上十分清楚地呈現出她的手骨結構， 連手指上的金戒指的輪廓也清楚地印在上麵。這張照片成了曆史上的一張著名照片。
倫琴想進一步了解這種射線的性質， 但他用磁場也沒能使這種射線發生彎曲， 用三棱鏡也沒能使它發生折射。由於， 倫琴無法說明這種性質未知的奇妙射線， 就把這種射線定名為X 射線。
倫琴把他的這一發現寫成論文， 於1895 年12 月28 日在德國的科學雜誌上發表了。這篇論文一登出， 立即引起了轟動。同時， 許多報紙都把這個發現當作一個重要新聞來報道。有的報紙還刊載了倫琴夫人手骨結構的那張X 射線照片。不久， 這個情況傳到美國， 有一位醫生用X 射線檢查了受槍傷的病人， 以觀察子彈是否還留在病人體內。X 射線能看穿人的身體， 成為醫生的有力助手。這下， 倫琴不僅在科學界， 在社會上也一下子出了名。由於他的這一偶然大發現， 1901 年， 他獲得了第一個諾貝爾物理學獎。
倫琴的發現公布於世之後， 有的物理學家感到十分懊悔。因為他們在倫琴之前， 也曾在實驗室裏發現了照片底片被莫名其妙地感光的現象， 隻可惜他們未能像倫琴一樣發現X 射線。像英國的著名物理學家克魯克斯， 他是高真空放電管， 即陰極射線管的發明人， 也是研究陰極射線的一位權威。但是， 他在發現了實驗室裏的照相底片被自動感光以後， 認為這是因為照相底片的產品質量存在問題， 找到照相底片的生產廠家退了貨。克魯克斯雖然在經濟上挽回了一些損失， 可是他在科學發現上的損失太大了， 錯過了一次可以獲得諾貝爾獎的機會。還有一位美國科學家叫古德斯比德， 他在得知倫琴的發現之後， 立即到他的廢底片中， 找出了他在1890 年2 月22 日得到的一張X 射線照片。盡管他的這張照片比倫琴的X 射線照片早了5 年， 可惜的是， 當時他沒有意識到這裏的新發現， 而把被X 射線感光的照相底片扔進了廢紙堆。對此， 古德斯比德也隻好說， 在倫琴發現X 射線的5 年前， 他就已拍出了世界第一張X 射線照片， 但卻未能發現X 射線， 無法取得X 射線的發現權。看到了同樣的現象， 卻有著不同的結果。原因在哪裏？ 其中很重要的一個因素是， 倫琴從偶然的事件中引出了疑問， 這個疑問把他引向了科學的新發現。相反， 凡是對意外現象沒有引出問題的研究者， 都失去了作出新發現的機會。可見， 疑問、問題和由此產生的好奇心是科學發展的一種動力。當然， 倫琴的發現也不能完全歸於偶然。對於意外事件隻有敏銳的覺察， 才能抓住發現的機會。
倫琴， 作為一個諾貝爾物理學獎的獲得者， 享有很高的聲望。但是， 他成名之後， 反對用自己的姓氏來命名X 射線， 而且還謝絕了貴族爵位。他把獲得的諾貝爾物理學獎的獎金捐給了自己工作的大學物理實驗室， 用作研究費用。
後來， 經過物理學家的進一步研究， 發現X 射線是一種波長很短的電磁波。它是由於陰極射線( 即高速電子流) 轟擊陰極而產生的。X 射線的用途比較廣泛。它是醫學診斷的一個重要手段， 直到今天， 我們到醫院作透視檢查， 利用的仍然是倫琴發現的X 射線。除了醫療以外，X 射線在工業上可用於金屬探傷， 在科學研究中可用研究晶體結構， 等等。
倫琴關於陰極射線的研究， 發現了X 射線； 而後來物理學家對於X 射線的研究， 又帶來了天然放射性的發現。這一係列的發現， 打開了通往原子世界的大門。
