1. 一个偶然的大发现
科学上常常有这样的情况， 一个意外的事件导致了意想不到的科学发现或发明， 从而推动了科学的进步。1895 年， 德国物理学家伦琴的一个偶然发现， 就促进了人们对原子内部情况的探索。
1895 年10 月间， 伦琴在实验室里研究阴极射线。阴极射线是19 世纪60 年代， 物理学家利用气体放电管发现的。这种放电管就是在一根抽掉空气的玻璃管的两端封上金属丝。当放电管的两端接上高压电源( 几千伏特) 后， 对着阴极( 负极) 的玻璃管壁就会出现绿色的辉光。进一步研究， 发现这种从阴极放射出的辉光不像是光线。因为在辉光的通道上用金属片作障碍物， 会在阴极对面的玻璃壁上出现它的阴影， 这说明阴极射线像光线一样可以产生影响； 但是， 当用透明的云母作障碍物时， 仍然出现它的阴影， 而光线是可以透过透明云母的。进一步的研究发现， 当用磁铁靠近放电管时， 辉光通道上障碍物所产生的影子的位置会发生移动， 这说明辉光弯曲了。后来， 电磁场也会使辉光弯曲。物理学图1家们就把这种不是光线的射线称为“阴极射线”。
伦琴在研究阴极射线期间， 他的实验室里发生了怪事。先是， 用黑纸包得很好的照相底片被莫名其妙地感光了。开始以为毛病出在照相底片上， 就去买来新的底片， 结果仍然会出现同样的情况。这引起了伦琴的疑问， 是不是阴极射线使照相底片感光了呢？ 他为了使照相底片不再被自动感光， 就用厚的黑纸把阴极射线管包了起来。可是不久， 又发生了一件怪事。有一天， 伦琴离开实验后， 突然想起实验室里阴极射线管的电源还没有关。于是， 他又回到实验室。当他走进实验室时， 竟发现实验室里有一处发出闪闪的绿光。打开电灯， 他看见那里是一块做实验用的涂有荧光材料的硬纸板。伦琴关掉阴极射线管的电源， 则硬纸板不再发出绿光； 可接通电源， 绿光又出现了。这个奇怪的现象肯定和阴极射线管有关了。可是， 这种荧光材料只有在强光照射下才会发出荧光， 而伦琴已经知道阴极射线的有效射程仅有1 英寸， 即只有2. 54 厘米。况且， 当时这块硬纸板离阴极射线管的距离有2 米。再加上， 阴极射线管已被用厚的黑纸包了起来。考虑到这些情况， 伦琴认为不是阴极射线使硬纸板发出荧光， 他意识到可能存在着某种新的未知射线。这使他异常激动， 一连几天几夜把自己关在实验室里做实验。他先后在阴极射线管和硬纸板之间放置了木头、硬橡胶以及许多不同的金属。结果， 发现厚木板、纸片等都挡不住这种未知的射线； 较厚的铝片才能完全挡住它。这些实验的结果， 使伦琴明白了， 放在抽屉里包着黑纸的照相底片之所以被感光， 不是照相底片的质量不好， 而是这种未知射线在作怪。因为木板和纸都不能挡住这种穿透力很强的射线。
由于伦琴埋头于对这种未知射线的实验而废寝忘食， 引起了他的妻子的不满， 就到实验室里来看他。伦琴让他的妻子把手放在一张用黑纸包好的照相底片上， 然后再用接通电源的阴极射线管一照， 冲出的照相底片使伦琴和他的妻子大吃一惊， 照相底片上十分清楚地呈现出她的手骨结构， 连手指上的金戒指的轮廓也清楚地印在上面。这张照片成了历史上的一张著名照片。
伦琴想进一步了解这种射线的性质， 但他用磁场也没能使这种射线发生弯曲， 用三棱镜也没能使它发生折射。由于， 伦琴无法说明这种性质未知的奇妙射线， 就把这种射线定名为X 射线。
伦琴把他的这一发现写成论文， 于1895 年12 月28 日在德国的科学杂志上发表了。这篇论文一登出， 立即引起了轰动。同时， 许多报纸都把这个发现当作一个重要新闻来报道。有的报纸还刊载了伦琴夫人手骨结构的那张X 射线照片。不久， 这个情况传到美国， 有一位医生用X 射线检查了受枪伤的病人， 以观察子弹是否还留在病人体内。X 射线能看穿人的身体， 成为医生的有力助手。这下， 伦琴不仅在科学界， 在社会上也一下子出了名。由于他的这一偶然大发现， 1901 年， 他获得了第一个诺贝尔物理学奖。
伦琴的发现公布于世之后， 有的物理学家感到十分懊悔。因为他们在伦琴之前， 也曾在实验室里发现了照片底片被莫名其妙地感光的现象， 只可惜他们未能像伦琴一样发现X 射线。像英国的著名物理学家克鲁克斯， 他是高真空放电管， 即阴极射线管的发明人， 也是研究阴极射线的一位权威。但是， 他在发现了实验室里的照相底片被自动感光以后， 认为这是因为照相底片的产品质量存在问题， 找到照相底片的生产厂家退了货。克鲁克斯虽然在经济上挽回了一些损失， 可是他在科学发现上的损失太大了， 错过了一次可以获得诺贝尔奖的机会。还有一位美国科学家叫古德斯比德， 他在得知伦琴的发现之后， 立即到他的废底片中， 找出了他在1890 年2 月22 日得到的一张X 射线照片。尽管他的这张照片比伦琴的X 射线照片早了5 年， 可惜的是， 当时他没有意识到这里的新发现， 而把被X 射线感光的照相底片扔进了废纸堆。对此， 古德斯比德也只好说， 在伦琴发现X 射线的5 年前， 他就已拍出了世界第一张X 射线照片， 但却未能发现X 射线， 无法取得X 射线的发现权。看到了同样的现象， 却有着不同的结果。原因在哪里？ 其中很重要的一个因素是， 伦琴从偶然的事件中引出了疑问， 这个疑问把他引向了科学的新发现。相反， 凡是对意外现象没有引出问题的研究者， 都失去了作出新发现的机会。可见， 疑问、问题和由此产生的好奇心是科学发展的一种动力。当然， 伦琴的发现也不能完全归于偶然。对于意外事件只有敏锐的觉察， 才能抓住发现的机会。
伦琴， 作为一个诺贝尔物理学奖的获得者， 享有很高的声望。但是， 他成名之后， 反对用自己的姓氏来命名X 射线， 而且还谢绝了贵族爵位。他把获得的诺贝尔物理学奖的奖金捐给了自己工作的大学物理实验室， 用作研究费用。
后来， 经过物理学家的进一步研究， 发现X 射线是一种波长很短的电磁波。它是由于阴极射线( 即高速电子流) 轰击阴极而产生的。X 射线的用途比较广泛。它是医学诊断的一个重要手段， 直到今天， 我们到医院作透视检查， 利用的仍然是伦琴发现的X 射线。除了医疗以外，X 射线在工业上可用于金属探伤， 在科学研究中可用研究晶体结构， 等等。
伦琴关于阴极射线的研究， 发现了X 射线； 而后来物理学家对于X 射线的研究， 又带来了天然放射性的发现。这一系列的发现， 打开了通往原子世界的大门。
1895 年10 月间， 伦琴在实验室里研究阴极射线。阴极射线是19 世纪60 年代， 物理学家利用气体放电管发现的。这种放电管就是在一根抽掉空气的玻璃管的两端封上金属丝。当放电管的两端接上高压电源( 几千伏特) 后， 对着阴极( 负极) 的玻璃管壁就会出现绿色的辉光。进一步研究， 发现这种从阴极放射出的辉光不像是光线。因为在辉光的通道上用金属片作障碍物， 会在阴极对面的玻璃壁上出现它的阴影， 这说明阴极射线像光线一样可以产生影响； 但是， 当用透明的云母作障碍物时， 仍然出现它的阴影， 而光线是可以透过透明云母的。进一步的研究发现， 当用磁铁靠近放电管时， 辉光通道上障碍物所产生的影子的位置会发生移动， 这说明辉光弯曲了。后来， 电磁场也会使辉光弯曲。物理学图1家们就把这种不是光线的射线称为“阴极射线”。
伦琴在研究阴极射线期间， 他的实验室里发生了怪事。先是， 用黑纸包得很好的照相底片被莫名其妙地感光了。开始以为毛病出在照相底片上， 就去买来新的底片， 结果仍然会出现同样的情况。这引起了伦琴的疑问， 是不是阴极射线使照相底片感光了呢？ 他为了使照相底片不再被自动感光， 就用厚的黑纸把阴极射线管包了起来。可是不久， 又发生了一件怪事。有一天， 伦琴离开实验后， 突然想起实验室里阴极射线管的电源还没有关。于是， 他又回到实验室。当他走进实验室时， 竟发现实验室里有一处发出闪闪的绿光。打开电灯， 他看见那里是一块做实验用的涂有荧光材料的硬纸板。伦琴关掉阴极射线管的电源， 则硬纸板不再发出绿光； 可接通电源， 绿光又出现了。这个奇怪的现象肯定和阴极射线管有关了。可是， 这种荧光材料只有在强光照射下才会发出荧光， 而伦琴已经知道阴极射线的有效射程仅有1 英寸， 即只有2. 54 厘米。况且， 当时这块硬纸板离阴极射线管的距离有2 米。再加上， 阴极射线管已被用厚的黑纸包了起来。考虑到这些情况， 伦琴认为不是阴极射线使硬纸板发出荧光， 他意识到可能存在着某种新的未知射线。这使他异常激动， 一连几天几夜把自己关在实验室里做实验。他先后在阴极射线管和硬纸板之间放置了木头、硬橡胶以及许多不同的金属。结果， 发现厚木板、纸片等都挡不住这种未知的射线； 较厚的铝片才能完全挡住它。这些实验的结果， 使伦琴明白了， 放在抽屉里包着黑纸的照相底片之所以被感光， 不是照相底片的质量不好， 而是这种未知射线在作怪。因为木板和纸都不能挡住这种穿透力很强的射线。
由于伦琴埋头于对这种未知射线的实验而废寝忘食， 引起了他的妻子的不满， 就到实验室里来看他。伦琴让他的妻子把手放在一张用黑纸包好的照相底片上， 然后再用接通电源的阴极射线管一照， 冲出的照相底片使伦琴和他的妻子大吃一惊， 照相底片上十分清楚地呈现出她的手骨结构， 连手指上的金戒指的轮廓也清楚地印在上面。这张照片成了历史上的一张著名照片。
伦琴想进一步了解这种射线的性质， 但他用磁场也没能使这种射线发生弯曲， 用三棱镜也没能使它发生折射。由于， 伦琴无法说明这种性质未知的奇妙射线， 就把这种射线定名为X 射线。
伦琴把他的这一发现写成论文， 于1895 年12 月28 日在德国的科学杂志上发表了。这篇论文一登出， 立即引起了轰动。同时， 许多报纸都把这个发现当作一个重要新闻来报道。有的报纸还刊载了伦琴夫人手骨结构的那张X 射线照片。不久， 这个情况传到美国， 有一位医生用X 射线检查了受枪伤的病人， 以观察子弹是否还留在病人体内。X 射线能看穿人的身体， 成为医生的有力助手。这下， 伦琴不仅在科学界， 在社会上也一下子出了名。由于他的这一偶然大发现， 1901 年， 他获得了第一个诺贝尔物理学奖。
伦琴的发现公布于世之后， 有的物理学家感到十分懊悔。因为他们在伦琴之前， 也曾在实验室里发现了照片底片被莫名其妙地感光的现象， 只可惜他们未能像伦琴一样发现X 射线。像英国的著名物理学家克鲁克斯， 他是高真空放电管， 即阴极射线管的发明人， 也是研究阴极射线的一位权威。但是， 他在发现了实验室里的照相底片被自动感光以后， 认为这是因为照相底片的产品质量存在问题， 找到照相底片的生产厂家退了货。克鲁克斯虽然在经济上挽回了一些损失， 可是他在科学发现上的损失太大了， 错过了一次可以获得诺贝尔奖的机会。还有一位美国科学家叫古德斯比德， 他在得知伦琴的发现之后， 立即到他的废底片中， 找出了他在1890 年2 月22 日得到的一张X 射线照片。尽管他的这张照片比伦琴的X 射线照片早了5 年， 可惜的是， 当时他没有意识到这里的新发现， 而把被X 射线感光的照相底片扔进了废纸堆。对此， 古德斯比德也只好说， 在伦琴发现X 射线的5 年前， 他就已拍出了世界第一张X 射线照片， 但却未能发现X 射线， 无法取得X 射线的发现权。看到了同样的现象， 却有着不同的结果。原因在哪里？ 其中很重要的一个因素是， 伦琴从偶然的事件中引出了疑问， 这个疑问把他引向了科学的新发现。相反， 凡是对意外现象没有引出问题的研究者， 都失去了作出新发现的机会。可见， 疑问、问题和由此产生的好奇心是科学发展的一种动力。当然， 伦琴的发现也不能完全归于偶然。对于意外事件只有敏锐的觉察， 才能抓住发现的机会。
伦琴， 作为一个诺贝尔物理学奖的获得者， 享有很高的声望。但是， 他成名之后， 反对用自己的姓氏来命名X 射线， 而且还谢绝了贵族爵位。他把获得的诺贝尔物理学奖的奖金捐给了自己工作的大学物理实验室， 用作研究费用。
后来， 经过物理学家的进一步研究， 发现X 射线是一种波长很短的电磁波。它是由于阴极射线( 即高速电子流) 轰击阴极而产生的。X 射线的用途比较广泛。它是医学诊断的一个重要手段， 直到今天， 我们到医院作透视检查， 利用的仍然是伦琴发现的X 射线。除了医疗以外，X 射线在工业上可用于金属探伤， 在科学研究中可用研究晶体结构， 等等。
伦琴关于阴极射线的研究， 发现了X 射线； 而后来物理学家对于X 射线的研究， 又带来了天然放射性的发现。这一系列的发现， 打开了通往原子世界的大门。
