異書奇蹤（十三）：救珍籍群英大聚會

十三、救珍籍群英大聚會

首先參與揭開阿基米德古卷之謎的科學家來自美國羅切斯特理工（ Rochester Institute of Technology ）和約翰 - 霍普金斯大學等研究機構。物理學家羅傑 - 依斯頓（ Roger Easton ）帶領研究小組利用不同波長的可見光照射羊皮紙頁，由於羊皮和前後兩次使用的墨汁對可見光和紫外線的反射稍有不同，更多的文字顯現出來。這個技術加上現代電子分析方法，使伊斯頓分辨出很多海伯格當年無法讀到的句子。

圖二十一：阿基米德古卷解讀細節。左：可見光成像。禱告文呈水平走向，阿基米德文稿呈縱向。右：多波長可見光加紫外線成像。

可是，仍有百分之二三十的信息無法恢複，尤其是那四張塗滿金粉的書頁，伊斯頓的技術一籌莫展，古希臘學者們愁眉緊鎖。

兩千零三年，一位細高金發的物理學家從美國西海岸的斯坦佛大學乘機飛往德國，參加一個科學會議。烏維 - 伯格曼（ Uwe Bergman ）的專長是 X- 光熒光光譜學，他到德國來的目的是報告利用 X- 光譜學研究菠菜葉子的光合作用，他尤其對植物和蛋白質中微量鐵元素的分布感興趣。

十一月的德國，天色陰沉。他隨便打開一本德文雜誌《 GEO 》，心不在焉地讀著，偶然翻到一篇介紹阿基米德古卷的通俗文章。當他看到古代墨水裏含有微量鐵的時候，眼前亮光一閃：“這個問題太簡單了！”

令學者們大傷腦筋的問題，為什麽在伯格曼看來易如反掌？請允許我再回到倫琴的二十世紀初。

正當戰爭、動亂、饑饉、種族和宗教衝突把世界鬧得渾沌不堪的時候，科學家們對原子結構的理解卻發生了天翻地覆的變化。原來物質結構比社會結構規矩的多。電子圍繞原子核旋轉，它們的軌道遵守嚴格的規律，排列在不同的能級上。光、電等現象既有波動性，又有粒子性。換句話說，對於光電現象的描述，有時用波動的形式來考慮比較方便，比如，兩束波長相同的光束在某種條件下會互相幹涉；另外一些時候，用粒子的方式來描述比較直觀，比如，光束的能量不僅依賴於光的強度，還依賴於震動頻率。科學家們還發現，用具有足夠高頻率的光束照射，金屬板會放出電子來。這些新現象令科學家們興奮不已。

一九零九年，愛因斯坦發表了著名的《放射性的成分與本質的看法之進展》（ The development of our views on the composition and essence of radiation ），預測光的量子性，光子的概念正式得到科學界的認可。光子攜帶的能量與其頻率成正比。人們還發現，具有一定能量的光子打擊到原子上，會把原子中的電子從一個能級踢到另一個能極。自然不喜歡處於被激發的高能狀態，原子中電子擁擠的能級將多餘的電子重新擠出去，以光子的方式放出能量。這種放射被稱為 X 光熒光（ X-ray fluorescence ）。有趣的是，每一種的元素釋放出來的光子的能量（或頻率）都不同，因此人們找到了各個元素自有的獨特“指紋”。

讀者也許還記得，當時在羊皮紙上書寫時，用的是一種特殊墨汁。它由從植物枝幹上的孳生物（ tree galls ）煮煉，配以礦物研磨而成。礦物中含有硫化鐵。盡管現在字跡十分模糊，但每一筆每一畫之下仍然殘留了少量的硫化鐵，厚度約在一個微米左右（大約頭發絲的百分之一）。隻要能找到羊皮紙上的鐵和硫元素，就能恢複一千多年前的一筆一劃。

但是這種“指紋”的強度很弱，難以測量。用 X 光熒光來確定樣品的化學成分需要用強烈的高能量 X 光源（也就是高能光子）來照射樣品，同時樣品也需要足夠的大。一般實驗室用的 X 光發射機的強度用來探測幾乎不存在的墨跡，需要相當長的時間，儀器的光束也不夠細小，空間分辨度太低。

同步輻射源（ synchrotron ）正是針對高強度高分辨率發展起來的。這種超巨型 X 光機的原理由美國科學家路易斯 - 阿爾法雷茨（ Luis Walter Alvarez ）在一九五三年提出。阿爾法雷茨建議利用強磁場把自由電子加速到近於光速，電子沿直線飛行，經過磁鐵時，在磁場作用下改變運行方向。轉向過程中，電子沿著原來直線方向的巨大動量（質量與速度的乘積）以高頻光子的方式沿切線延續，就是 X 光。

現代同步輻射源都是龐然大物，一般由直線加速器（ Linear accelerator, 簡稱 LINAC ）、環形推進器（ Booster ring ）和存儲環（ Storage ring ）三大部分組成，成千上萬的研究者日以繼夜地圍繞著存儲環工作。美國第三代同步輻射源——高等光子源（ Advanced Photon Source ，簡稱 APS ）的推進器把電子加速到七十億電子伏特的巨大能量，使注入存儲環的電子的運行速度達到高真空中光速的 99.999999% 以上。如此高的能量下，要改變電子運行方向需要巨大的存儲環和超強的磁鐵。 APS 的存儲環周長達一千二百米，它所發出的 X 光，其強度比原始的銅靶 X- 光發射機高出一萬億倍。一萬億（ one trillion ），這可是個天文數字：一美元的一萬億倍是美國政府今年拯救股市投入資金的總和；用 APS 光源采集一秒鍾的數據的強度，相當於用銅靶 X 光機采集三萬多年。

有了如此強大的放射源，即使是細小到頭發絲的百分之一、千分之一甚至萬分之一的筆畫，也能把它探測到。
 

圖二十二：坐落於芝加哥西南的美國第三代同步輻射源——巨大的“高等光子源”（ APS ）。

可惜倫琴沒有看到這一天。這位 X 光先驅者因腸癌去世於一九二三年，死時一文不名。遵從遺囑，他的所有手稿被付之一炬。他大概做夢也沒有想到，自己想不出恰當名字的輻射光會如此強烈輝煌，成為現代實驗科學的主要技術之一。