文档介绍：伦琴射线的发现给我们的启示
——偶然之中的必然
高荷洁
摘要:伦琴对阴极射线研究发现了X射线,从而引发了物理学上的一场伟大变革,同时X射线在工农业、医疗等方面得以应用。综观这一伟大发现过程,给我们以深刻启示——偶然之中的必然。
1、引言
19世纪末最具革命性的发现之一X射线,是由德国实验物理学家、首届诺贝尔物理学奖获得者伦琴在一次偶然事件中发现的,但被伦琴抓住的这一偶然机会却绝非偶然,是同他一惯的、严谨的科学态度、敏锐的观察力、扎扎实实的工作作风分不开的,是偶然之中的必然。
2、X射线的发现过程
1876年德国物理学家哥耳德斯坦(F·Goldstenin1850-1931)在实验室中发现阴极射线后,英国物理学家克鲁克斯提出:阴极射线是非常小的粒子,而德国科学家却认为阴极射线是相似于光的辐射,但他们都没有确切的实验依据。
为了搞清楚阴极射线的性质,许多科学家对阴极射线进行了实验研究,克鲁克斯在射线途中放一个十字,射线在发挥光的玻璃管壁上投下了十字的阴影,磁铁移近时阴影就移动。这个实验表明,阴极射线和光线不同,它在磁场中会弯曲。赫兹用实验证明,“阴极射线不仅能通过细孔,而且能通过金属箔材料本身。”1892年,赫兹让他的助手勒纳德看了他刚发现的新现象并让勒纳德研究“阴极射线是物质中的现象还是以太中的现象”。勒纳德通过实验发现,阴极射线在空气中传播的距离是分米数量级。
伦琴对阴极射线也产生了极大兴趣,他重做了赫兹和勒纳德等人的实验。实验证明了勒纳德关于阴极射线可以穿透几厘米空气的性质。1895年11月8日晚,当他进一步实验时,为了阻止紫外线、可见光的影响,并且又不使管内的可见光泄漏出管外,伦琴用黑色的硬纸板,把放电管严严密密地封好,当他在暗室里接通高压电源时,意外发现1m以外的涂有亚铂氰化钡的荧光屏发出了荧光;而一断开电源,荧光就即刻消失。他把荧光屏逐渐移远,发现移到2m左右,屏上仍有荧光出现。这一现象使他很惊讶,因为他明白阴极射线只能穿透几厘米空气,而绝不能使一二米外的荧光屏发光,而且阴极射线是不能透过玻璃管的,那么透过玻璃管使荧光屏发光的究竟是什么射线呢?
作为一个真正的科学研究者,伦琴当时感兴趣的是新的、尚未经历过的东西。为了对这现象作出全面检验,并从中得到“完美无暇的结果”。他废寝忘食、夜以继日,在实验室里连续工作了6周,在经过反复实验之后,伦琴确信发现了一种尚未为人所知的新射线。由于当时新射线的本质还不太清楚,所以他把这种新射线称为“X射线”。
为了检验这种射线的穿透本领,伦琴选用多种物质,逐个放在放电管和荧光屏之间进行实验。他发现“一切物体对这种作用都是透明的,只是程度极为不同……,纸是最透明的,在一本1000页的带封面的书的后面,我仍然清楚地看到了荧光……,在两付纸牌的后面荧光可以看见
……,厚的木块也是透明的,二三厘米厚的松木(对射线的)吸收很少,15厘米厚的铝条使效应大为减弱,但并不能使荧光完全消失。”当伦琴进行铅的吸收能力试验时,无意中看到了自己拿铅片的手的骨骼轮廓,12月22日,在实验室里,伦琴请他的夫人把手放在用黑纸包严的照相底片上,然后用X射线照射,显影后得到一张清晰的人手骨骼像。
1895年12月28日,伦琴向维尔茨堡物理学医学协会作了题为《一种新的射线——初步报告》的报告,宣布他发现了X射线,且阐述了这种射线具有直线传播、穿透力强、不随磁场偏转等性质。1896年3月,伦琴又发表了第二篇论文《一种新的射线(续篇)》。一年以后,发表了第三篇论文《关于X射线性质的进一步观察》,深入探讨了X射线的性质。
伦琴在他的论文中把这一新射线称X射线,因为他当时确实无法确定这一新射线的本质。直到1912年,他的同胞劳厄才从晶体衍射的新发现判定X射线是频率极高的电磁波。随后,莫塞莱证实它是由于原子中内层电子跃迁所发生的辐射。
3、X射线发现的伟大意义
X射线的发现,是科学史上一次重大革命,它展示了物理学尚有亟待探索的新领域,鼓舞人们去研究新现象,寻求新现象的科学解释,它对物理学及其它学科的进一步发展具有深远影响。
(1)开拓研究新领域
X射线的发现在科学界掀起一阵狂热,世界各国的实验室都在重复伦琴的工作,导致一系列的重大发现接踵而至。例如,对X射线的研究导致了天然放射性现象的发现,又吸引了居里夫人、维拉德、卢瑟福……一大批有才能的研究者,他们的研究又引起了一系列新发现,新发现又激励人们不断进行理论探索。在一大批科学家的不懈努力下,最终建立了一门新的学科——原子核物理学。
(2)从诊断和治疗两个方面促进医学发展
X射线是人类发现的第一种“穿透性射线”,它能穿透普通光线所不能穿透的许多材料,可用于拍摄人体不同部位的X照片,进行医学诊断分析,并出现了更先进技术,如“X射线断层图样技