X射线的发现.doc

X射线的发现19世纪末叶，物理学已经有了相当的发展，它的几个主要的分支：牛顿力学、热力学和分子运动论，电磁学和光学，都已经建立了完整的理论体系，在应用上也取得了巨大的成果，物理学已经日臻成熟。化学也有了100多年历史，人们已积累了大量的关于原子的知识，并坚信原子是物质组成的最小单元。法兰西科学的代表、杰出的化学家巴斯德(Pasteur Louis，18221895)始终保持着乐观主义精神，对科学充满希望。巴斯德雄辨地宣布：“实验室是人类的圣堂，和平将战胜战争，科学会把我们引向一个非常伟大的时代。”就在这位老人逝世在巴黎近郊圣劳德的三个月后，这个伟大的时代来临了。 1、伦琴的初期研究图8-1为实验物理学家伦琴伦琴(RntgenWK，18451923) 1845年3月27日出生于德国下莱茵省鲁尔河流域边缘的一座小城伦内普。1865年年初，伦琴进入乌得勒支大学，选修了哲学和几门自然科学课程；其中有巴洛特（Balote）讲授的数学分析，里斯（Rise）讲授的物理学。1865年11月，伦琴进入苏黎世工业大学学习机械工程；伦琴成为德国第一流的实验物理学家孔特（Kundt August，18391894）的弟子，伦琴对孔特老师特别尊重，把孔特奉为自己的人生楷模。在协助孔特实验半年后，伦琴开始独立选定了他一直在关注“空气的比热”问题的课题，这是克劳修斯教授所探讨过的。1857年克劳修斯在他的著名论文论热运动形式中，初步讨论了比热理论，但是还没有人精确地测出定容比热和定压比热的比值，伦琴准备完善克劳修斯的热力学理论。他在孔特老师的支持下，于1869年6月22日以各种气体的研究的杰出论文获得哲学博士学位，并成为了苏黎世工业大学的助教。1869年，伦琴又追随孔特到维尔茨堡大学；1876年11月，他又成为斯特拉斯堡大学数学物理学副教授的职务；1879年，在亥姆霍兹、基尔霍夫的推荐下他担任吉森大学物理学讲座教授和物理研究所所长。1888年10月1日，维尔茨堡大学伟大的实验物理学家、物理学测量技术权威寇尔劳士（Kohlrausch）辞去新成立的物理研究所所长和物理学教授的职务，由于伦琴与日俱增的声誉，使他成为维尔茨堡大学的物理学教授和物理研究所所长的职务。1894年，他被委任为维尔茨堡大学的校长。1895年已经50岁的伦琴，共发表了48篇科学论文，其中包括热电、压电、电解质的电解现象、介电常数、物性学说及晶体方面的研究；这时，一项重大的发现飘然落在了这位大学校长身上。2、X射线的发现图8-2为伦琴拍摄他夫人带有戒指的手的第一张造影1895年11月，伦琴的校长职务一年任期届满；10月末，他沉浸于希托夫和克鲁克斯爵士以及赫兹和勒纳德所作的阴极射线的工作中。伦琴认为，他们的研究中尚有不少问题亟待解决。他重复了这些人的实验，当时用的实验仪器是带断路器的火花感应圈、希托夫气体放电管和荧光屏。当放电管的薄铝窗和涂有氰化铂酸钡的荧光屏很接近时，荧光屏上有荧光产生，这证实了阴极射线在穿透薄铝窗后还具有穿透几厘米空气的特征；为加强实验的准确性，他用硬纸板和铝箔把放电管包起来，以此来消除放电管与外界的影响。1895年11月8日夜晚，伦琴发现了一个意外的现象：他在继续实验时为防止紫外线和可见光的影响，不使管内的可见光漏出管外，用黑色硬纸板把放电管严密封好。在接上高压电流进行实验时，他发现1米以外的一个涂有氰化铂酸钡的荧光屏发出微弱的浅绿色闪光，一切断电源闪光就立即消失，这一发现使他十分惊奇。他全神贯注地重复实验，把荧光屏一步步移远，即使在2米左右，屏上仍有较强的荧光出现。当他带着这张涂料纸走进隔壁房间，关上门，拉下窗帘，荧光屏在管子工作时仍继续闪光。当时，伦琴确信，这一新奇的现象是迄今为止尚未观察过的。在1895年最后的几个星期中，他没有对任何人讲述过自己的观察，无论是协作者，还是同行。伦琴独自工作，以便证实这个偶然的观察是确定的事实。然后他又用木板、纸和书来试验，这些东西对它来说都是透明的。作为一位谨慎的研究者，伦琴当时感受到的是新的、尚未经历过的东西；他希望在提出“完美无暇的结果”之后才去享受这突如其来的幸福，像伦琴后来所说的那样，这突然降临到他头上的“伟大的命运”。在七个星期之内，这位科学家独自在自己的实验室里研究新的射线及其特性。为了排除视力的错觉，他利用感光板把他在光屏上观察到的现象记录下来。他甚至吩咐给他把饮食带到研究所去，并在那里安放了一张床铺，以便无须中断利用仪器、特别是利用水银空气泵进行的研究工作。1895年12月22日晚上，他说服他的夫人充当实验对象，当她夫人的手放在荧光屏后时，她简直不敢相信，荧光屏上这只有戒指和骨骼毕露的造影就是她自己的手。1895年12月28日，他给维尔茨堡物理学医学学会递交了一份认真、简洁的通讯，题目为一种新的射线，初步报告，那时的伦琴对这种射线是什么确实不了解，这就是他在第一个通报中按代数上的未知数符号“X”命名的原因。1896年年初，伦琴把他的新发现公之于众，立即引起了巨大的轰动，其反应之强烈，影响之迅速，实为科学史上罕见。所有研究所的物理学家都开始仿造伦琴的实验设备，抓紧时间重复他的实验。伦琴陆续收到了威廉汤姆生、斯托克斯（Stokes）、彭加勒（Poincar）、冠尔劳士、玻尔兹曼等著名科学家的来信，这些热情洋溢的信都赞扬他为科学做出了极大的贡献。原先，维尔茨堡大学著名解剖学家克利克尔（Kllicker）建议把这种射线命名为“伦琴射线”。后来，美国著名物理学家罗兰（Rowland Henry Augustus，18481901）认为：“应该把伦琴射线和X射线的名称并用”，这就形成了现在两种名称混用的原因，同时把X射线(或辐射)的照射剂量的单位称为“伦琴”。X射线的发现，为医学诊断提供了新的工具。因为它易于穿透人体的软组织，而通过骨头时却被吸收相当部分。因此，一束穿过软组织到底板的X射线就会在黑底片上投下骨骼的白影。象子弹、吞下的别针等金属物体就显示得非常清楚，龋齿也会在白底片上呈现灰色。伦琴发现X射线的消息传到美国才四天，美国人就用X射线找出了一个病员腿上的子弹。随后的一个月内许多国家都竞相开展类似的试验。1901年，伦琴由于X射线的伟大发现成为诺贝尔基金史上第一个诺贝尔物理学奖得主。 X射线的发现，大大地活跃了人们的思想，把物理学家们从机械论的教条中唤醒，它的发现在物理科学面前一举敞开了通往新世界