玻璃器皿的贡品

玻璃器皿的贡品——伦琴发现Ｘ射线

这是一个围绕着玻璃器皿而发生的故事。

从人类早期探究电的奥秘时起，就与玻璃棒结下了不解之缘。电分为两大类，其中一类叫做“玻璃电”，即正电。赫赫有名的莱顿瓶其实质就是盛水的粗口玻璃瓶。随着玻璃器皿制作工艺的进步，玻璃工匠们可以制作各种各样的玻璃器皿，促进了人类对自然现象的认识。

早在18世纪上半叶，德国莱比锡学者约翰·海因里希·文克勒和其他研究者，用一架起电机，使抽去部分空气的玻璃瓶内部产生了辉光。他们记录下了这种发电现象，但没有予以深究。1836年，伟大的法拉第也注意到低压气体中的放电现象。他曾经想试验真空放电，但是，因为缺乏获得高真空的技术方法和手段而未能如愿。不久，德国波恩大学教授尤利乌斯·普吕克尔，提出了这样问题：当电在不同气压下通过空气和气体时，会发生什么现象呢？为了得出这一问题的正确答案，普吕克尔需要一些有关的试验设备和装置，首先需要玻璃管，并且在管的两端封入装上输入电流用的金属体，其次需要能把玻璃管内的压力减少到最低值的抽气泵。

普吕克尔找到波恩一个制作物理和化学仪器的作坊，他向作坊主说明了来意。

“盖斯勒，请过来一下，来见见普吕克尔先生！”作坊主喊过来一位中年技工。

静电感应现象的实验

“这位是敝店技艺最高的玻璃工，请你们先谈一谈技术细节，然后再签订订货协议。”作坊主又去忙别的事务了。

“我想订制一种两端封有金属电极，并且内部气体稀薄的玻璃管，你看不难办到吧？”普吕克尔谈了玻璃管规格、尺寸。

“封入金属电极不难，抽去空气也不难，不知你抽去空气达到什么程度？盖斯勒胸有成竹地回答他。

“这……当然是把管内的压力减小到最低值，最好是真空。真空，你懂吗？”

盖斯勒点了点头。盖斯勒不是一般的玻璃工匠，他从小学艺，当吹玻璃工以后，一直坚持夜校学习，掌握了科学常识，平时还爱发明些小玩意。

1850年，盖斯勒成功创制了稀薄气体放电用玻璃管，普吕克尔用它实现了低压放电发光。普吕克尔十分高兴地邀请盖斯勒参观他的实验。这时，普吕克尔和盖斯勒已经成为好朋友。细心的盖斯勒发现抽空的玻璃管放电发光的亮度不同，是与玻璃管抽成真空的程度有关系。

普吕克尔诚恳地对盖斯勒说：“要有真正的抽气机能够造成真空那该多好啊！多少物理学家期待着研究真空现象，没有真空抽气泵不行啊。”

言者有心，听者更有意。盖斯勒早就对传统的机械式抽气泵和流水式抽气泵不满意了。普吕克尔的一席话，使他下决心改造传统抽气泵，研制新的抽气泵。

一天，盖斯勒翻阅有关托里拆利用水银代替水，形成“托里拆利真空”的科学资料，读后极受启发。他想，流水式抽气泵改用流汞效果不是更好吗。盖斯勒不是那种想干什么就干什么的急性子，总要深思熟虑以后才肯动手。他首先找来有关抽气机的全部资料，然后翻阅大量关于水银的资料。他最后决定利用水银比水重13倍的比重差，来提高流水式抽气泵的性能。

不久，盖斯勒研制成功一种简单、可靠、实用的水银泵，用它几乎可以全部抽掉玻璃管中的空气。用水银泵抽成真空的低压放电管，使普吕克尔完成了对低压放电的研究。后人为了纪念这位吹玻璃工人，将低压放电管称为“盖斯勒管”。现代发光文字和霓虹灯广告就是以盖斯勒管为基础发展起来的。

普吕克尔利用盖斯勒管进行了一系列的低压放电实验，发现了阴极射线。他为盖斯勒管阴极管壁上出现的美丽绿色辉光所倾倒，加之盖斯勒的友谊，使他转向了研究盖斯勒管本身。

1868年，普吕克尔去世。他没有能够把实验进行到底，普吕克尔的学生接过了老师的工作。学生的名字叫约翰·希托夫。英国物理学家威廉·克鲁克斯也站到了继承普吕克尔事业的行列中。

希托夫和克鲁克斯两人的工作，主要是使盖斯勒管达到更高的真空度。他们分别独立地运用水银泵制成高真空放电管，后来人们称其为“希托夫－克鲁克斯管”。

希托夫研究了高真空放电产生射线的主要性质。“克鲁克斯管”的真空度高，放电时没有辉光。在管中，从阴极发射出的一种射线碰到玻璃管壁或者硫化锌等物质，会发出荧光。这种发光现象被称作“冷光”现象。这种从阴极发射出的能产生荧光的射线，被物理学家正式命名为“阴极射线”。

当这一研究成果公布以后，引起了整个物理学界的极大兴趣。“希托夫一克鲁克斯管”的出现，使科学家更方便、更深入地研究起阴极射线来了。

人们发现了阴极射线的一系列物理现象。正是由于“阴极射线”的发现，才导致了X射线、放射性和电子等一系列重要的发现。在研究阴极射线的人群中，德国物理学家威尔海姆·伦琴很快脱颖而出了。

伦琴，1845年3月27日生于德国普鲁士鲁尔地区的一个小镇——莱尼斯。他先后曾在3个国家的好几所大学里就读，后来从师库恩德门下。库恩德是著名的物理学家，伦琴随老师回到德国后，先后在国内六七所大学任教。从1888年起，他担任巴伐利亚州维尔茨堡大学物理研究所所长。在这个研究所工作期间，他发现了具有穿透力极强的X射线，从而名扬天下。

我喜欢离开人们通行的小路，而走荆棘丛生的崎岖山路。——伦琴

伦琴发现X射线以前，已经有一些人观察到这一现象，只不过没有引起足够的重视罢了。克鲁克斯曾多次发现放在阴极射线管附近的照相底片会感光，但是他只认为是偶然现象，没有给予重视。

克鲁克斯时代，照相术兴起时间不长，底片质量不佳，也就怪不得克鲁克斯的粗心。因为很多物理学家都碰到过这种现象，有人还把实验室照相底片异常感光叫做“走光”。不管怎么说，他们没有追究“走光”。

伦琴细心，独具慧眼，所以成了发现X射线的幸运者。

自从担任维尔茨堡大学物理所所长以后，他一直研究阴极射线。由于克鲁克斯管的高真空度，低压放电时没有辉光产生，那么随之而来的检测阴极射线是否存在的问题就被提出来了。1894年，一位德国物理学家进行了“克鲁克斯管”实验。他把阴极射线碰到管壁放出辉光的地方，用一块薄铝片代替原来的玻璃。结果，阴极射线管中发射出来的射线，穿透了薄铝片射到外边来了。这位物理学家用铂氰化钡（一种荧光物质）涂在玻璃板上，创造出了能够探测阴极射线的荧光板。当阴极射线碰到荧光板上时，荧光板就会在黑暗中放出耀眼的光亮。

伦琴的实验室

伦琴在重复上述实验时，发现了奇迹。他为了防止荧光板受偶尔出现的管内闪光的影响，用一张包裹相纸的黑纸，把管子包得严严实实。在黑暗中，伦琴打开阴极射线管的电源。当他把荧光板靠近阴极射线管上的铝片洞口时，顿时荧光板亮了。距离稍远一点，荧光板又不亮了。

结果，伦琴从中发现了阴极射线的一些新性质。原来，射出的阴极射线，只能在空气中跑很短距离，距离一远，就被空气吸收了。同时，伦琴看到，阴极射线只能穿过薄铝片，而不能穿过玻璃。

为了进行验证实验，伦琴把一个完整的梨形阴极射线管包裹好，打开开关，顿时出现了奇异的现象：尽管阴极射线管一点亮光也不露，但是放在远处的荧光板竟然亮了起来。伦琴十分惊奇，顺手拿起闪闪发亮的荧光板，一个完整手骨的影子突然魔术般地出现在荧光板上。伦琴额头上冷汗顿出，一时弄不清自己是在做实验，还是出现了幻觉。伦琴当然不会放过这个稍纵即逝的奇特发现，他立即开亮电灯，仔细检查后，又重新做起实验。奇妙的光线又被荧光板捕捉到了，他把手放到阴极射线管和荧光板之间，完整的手骨影子又出现在荧光板上。这是事实，从未见报道过的事实。伦琴激动得要晕过去了。他觉得身体软软地，已经不能再继续工作了。因为他过分兴奋了……

1896年伦琴首次拍摄到他妻子手的X线照片，其无名指上戴着一枚戒指。

第二天，伦琴结束重复验证无误的实验之后，集中精力思考了这一新发现的事实。伦琴想，它肯定不是阴极射线，因为它能穿透玻璃、遮光的黑纸和人的手掌，其能量是很大的。阴极射线不可能穿透玻璃。

为了验证它还能穿透哪些物质，伦琴几乎把手边能拿到的东西都拿来了做实验。他用木头、橡胶皮、厚纸板、金属片……一件件地依次放在射线管与荧光板之间，这种未知的神奇光线全把它们穿透了。最后，铅挡住了它的进攻，神奇的光停住了。伦琴还发现这种射线能使包在黑纸中的照相底片感光。

伦琴对神奇的光产生的现象了解得越来越多，但是对它产生的原因、性质又如何却知道得很少。伦琴感到这种神奇的射线对人类是一个未知领域，为了吸引更多的人们研究它，伦琴将他发现的神奇射线命名为“X射线”。

1895年12月28日，伦琴宣布了自己的发现和研究成果，并且出示了用X射线照出的手骨照片。

整个科学界为之震惊。随着莫尔斯电码的滴答声，伦琴的名字传遍了全世界。人们纷纷拿出实验室里的“希托夫－克鲁克斯管”，寻找X射线。“有了”，“发现了”，“成功了”。他们也分享了伦琴发现X射线时的欢乐。就在伦琴宣布发现X射线的第四天，一位美国医生就用X射线照相发现了伤员脚上的子弹。于是X射线成了神奇的医疗手段。

君子在下位则多谤，在上位则多誉；小人在下位则多誉，在上位则多谤。

——柳宗元