1901 年诺贝尔物理学奖——X 射线的发现——伦琴射线，是一种高能电磁波

X射线，也称为伦琴射线，是一种高能电磁波，它的波长比紫外线更短，但比伽马射线更长，一般来说波长范围在10 pm~10 nm之间，对应的频率约为30 PHz~30 EHz（3×1016~3×1019Hz），携带的光子能量则在100 eV~100 keV之间。

1901 年，首届诺贝尔物理学奖授予德国物理学家伦琴（Wilhelm Conrad Röntgen，1845—1923），以表彰他在 1895 年发现了 X 射线。

X 射线的发现

1895 年，物理学已经有了相当的发展，它的几个主要部门—— 牛顿力学、热力学和分子动理论、电磁学和光学，都已经建立了完整的理论，在应用上也取得了巨大成果。这时物理学家普遍认为，物理学已经发展到顶了，以后的任务无非是在细节上作些补充和修正而已，没有太多的事好做了。

正是由于 X 射线的发现唤醒了沉睡的物理学界。它像一声春雷，引发了一系列重大发现，把人们的注意力引向更深入、更广阔的天地，从而揭开了现代物理学革命的序幕。

伦琴在发现 X 射线时，已经是五十岁的人了。当时他已担任维尔茨堡（Wurzburg）大学校长和该校物理研究所所长，是一位造诣很深，有丰硕研究成果的物理学教授。在这之前，他已经发表了 48 篇科学论文，其中包括热电、压电、电解质的电磁现象、介电常数、物性学以及晶体方面的研究。他治学严谨、观察细致。他有熟练的实验技巧，仪器装置多为自制，实验工作很少靠助手。他对待实验结果毫无偏见，作结论时谨慎周密。特别是他的正直、谦逊的态度，专心致志于科学工作的精神，深受同行和学生们的敬佩。

19 世纪末，阴极射线研究是物理学的热门课题。许多物理实验室都致力于这方面的研究，伦琴也对这个问题感兴趣。1895 年 11 月 8 日，正当伦琴继续在实验室里从事阴极射线的实验工作，一个偶然事件吸引了他的注意。当时，房间一片漆黑，放电管用黑纸包严。他突然发现在不超过一米远的小桌上有一块由亚铂氰化钡做成的荧光屏发出闪光。他很奇怪，就移远荧光屏继续试验。只见荧光屏的闪光，仍随放电过程的节拍断续出现。他取来各种不同的物品，包括书本、木板、铝片等，放在放电管和荧光屏之间，发现不同的物品效果很不一样。有的挡不住，有的起到一定的阻挡作用。伦琴意识到这可能是某种特殊的射线，它具有特别强的穿透力，从来没有观察到过。于是立刻集中全部精力进行彻底的研究。他一连许多天把自己关在实验室里，连自己的助手和家人都不告知。他把密封在木盒中的砝码放在这一射线的照射下拍照，得到了模糊的砝码照片；他把指南针拿来拍照，得到金属边框的印迹；他把金属片拿来拍照，拍出了金属片内部不均匀的情况。他深深地沉浸在这一新奇现象的探讨中，达到了废寝忘食的地步。平时一直帮他工作的伦琴夫人感到他举止反常，以为他有什么事情瞒着自己，甚至产生了怀疑。六个星期过去了，伦琴已经确认这是一种新的射线。才告诉自己的亲人。1895 年 12 月 22 日，他邀请夫人来到实验室，用他夫人的手拍下了第一张人手 X 射线照片（如图 01 – 1 所示）。

1895 年年底，他以通信方式将这一发现公之于众。题为《一种新射线（初步通信）》。

伦琴在他的通信中把这一新射线称为 X 射线，因为他当时确实无法确定这一新射线的本质。

对于伦琴来说，他当然没有料到在重复阴极射线实验时，会发现一种新的性质特殊的射线，但是他的发现并不是因为交上了好运，而是由于几十年的精心实践培养了良好的观察和判断能力。他发现了这一偶然现象，就绝不轻易放过，务必研究得水落石出，所以，发现 X 射线对于他来说是偶然的，也是必然的。

发现 X 射线的消息很快传遍全球。由于这一射线有强大的穿透力，能够透过人体显示骨骼和薄金属中的缺陷，在医疗上和金属检测上有重大的应用价值，因此引起了人们的极大兴趣。一个月内许多国家都竞相开展类似的试验。一股热潮席卷欧美，盛况空前。X 射线迅速被医学界广泛利用，成为透视人体、检查伤病的有力工具，后来又发展到用于金属探伤，对工业技术也有一定的促进作用。

X 射线的发现对自然科学的发展更有极为重要的意义，它像一根导火线，引起了一连串的反应。许多科学家投身于 X 射线和阴极射线的研究，从而导致了放射性、电子以及 α、β 射线的发现，为原子科学的发展奠定了基础。同时，由于科学家探索 X 射线的本质，发现了 X 射线的衍射现象，并由此打开了研究晶体结构的大门；根据晶体衍射的数据，可以精确地求出阿佛伽德罗常数。在研究 X 射线的性质时，还发现 X 射线具有标识谱线，其波长有特定值，和 X 射线管阳极元素的原子内层电子的状态有关，由此可以确定原子序数，并了解原子内层电子的分布情况。此外，X 射线的性质也为波粒二象性提供了重要证据。

对伦琴发现 X 射线的伟大贡献，科学界作出了正确的评价。普鲁士科学院在祝贺伦琴获得博士学位 50 周年的贺信中写道：

“科学史表明，在每一个发现中通常都在成就和机遇中间存在一种特殊的联系，而许多不完全了解事实的人，可能会倾向于把这一特殊事例大部分归功于机遇。但是只要深入了解您独特的科学个性，谁都会理解这一伟大发现应归功于您这位摆脱了任何偏见、将完美的实验艺术和极端严谨自觉的态度结合在一起的研究者。”

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