物理學(xué)史中的十一月

蕭如珀 楊信男 譯

(1.自由業(yè)；2.臺(tái)灣大學(xué)物理系 10617)

1895年11月8日：倫琴發(fā)現(xiàn)X射線(xiàn)(譯自APS News，2001年11月)

幾乎沒(méi)有一個(gè)科學(xué)上的突破能像倫琴(Wilhelm Conrad R?ntgen)發(fā)現(xiàn)X 射線(xiàn)一樣立即展現(xiàn)出影響力，此重大的發(fā)現(xiàn)很快地就震撼了物理界與醫(yī)學(xué)界。X 射線(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室被發(fā)現(xiàn)到廣泛地為人所使用，期間短得嚇人：在倫琴宣布發(fā)現(xiàn)X 射線(xiàn)后的短短一年內(nèi)，X光就已是醫(yī)學(xué)上診斷與治療所必需使用的一環(huán)了。

倫琴的科學(xué)生涯開(kāi)始時(shí)困難重重，當(dāng)他在荷蘭讀書(shū)時(shí)，因?qū)W校其他同學(xué)的惡作劇導(dǎo)致他被烏翠荷德技術(shù)學(xué)校(Utrecht Technical School)退學(xué)；也因?yàn)樯倭嗽撐膽{，他在獲得博士學(xué)位后起初無(wú)法在烏茲伯格大學(xué)(University of Würzburg)謀得教職，直到后來(lái)，學(xué)校才同意聘任他。他在烏茲伯格大學(xué)所做的實(shí)驗(yàn)均致力于研究光的現(xiàn)象，與在“克魯克斯管”(Crookes tubes)中通電流時(shí)所產(chǎn)生的放射線(xiàn)，即在帶正、負(fù)電極的真空玻璃燈泡通過(guò)高壓電流所顯示出來(lái)的熒光。他對(duì)陰極射線(xiàn)與評(píng)估其在射出管外的距離特別感興趣。

1895年11月8日，當(dāng)倫琴用厚的黑色紙板將燈泡遮住時(shí)，他注意到綠熒光使得在9 英尺外的鉑鋇銀幕發(fā)亮。他認(rèn)為由于鉑鋇銀幕太遠(yuǎn)了，不會(huì)對(duì)陰極射線(xiàn)產(chǎn)生反應(yīng)，他于是確認(rèn)，熒光是由他用來(lái)研究陰極射線(xiàn)(后來(lái)知道是由電子所組成)的克魯克斯管所產(chǎn)生的看不見(jiàn)的射線(xiàn)，穿透包在燈泡外面不透光黑色紙板所造成的。更進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)顯示，這種新型態(tài)的射線(xiàn)可以穿透大部分的物質(zhì)，包括身體的軟組織，但是可以看得見(jiàn)骨頭和金屬。他最早的試驗(yàn)攝影圖片中有一張是他太太伯莎的手，可以清楚地看到結(jié)婚戒指。

圖1 倫琴

為了要測(cè)試他所觀(guān)察到的結(jié)果，并進(jìn)一步加強(qiáng)他的科學(xué)資料，倫琴花了七個(gè)星期傾全力仔細(xì)地規(guī)劃、進(jìn)行他的實(shí)驗(yàn)。12 月28 日，他在烏茲伯格物理醫(yī)學(xué)學(xué)會(huì)論文集提出第一份“初步”短篇論文《論新型態(tài)的光線(xiàn)》。1896 年1 月，他在學(xué)會(huì)中展示出他為與會(huì)一位建議將此射線(xiàn)命名為“倫琴射線(xiàn)”的解剖學(xué)者制作的一個(gè)手的圖片，并發(fā)表演說(shuō)后，首度將此發(fā)現(xiàn)對(duì)外公開(kāi)。

此消息很快地便傳遍全世界，大家都急切地想改進(jìn)倫琴的發(fā)現(xiàn)，愛(ài)迪生即是其中之一，他發(fā)展出手提的熒光儀，只可惜未能將此“X光燈”商業(yè)化以供家庭使用。很快地到處都有生產(chǎn)X光的設(shè)備，還有人開(kāi)照相館幫人照“骨照片”，更進(jìn)一步激發(fā)民眾的興趣與想象。有關(guān)X 射線(xiàn)的詩(shī)篇開(kāi)始出現(xiàn)在暢銷(xiāo)的雜志上，政治卡通、短文和廣告也陸續(xù)出現(xiàn)X射線(xiàn)的隱喻性用法。偵探會(huì)使用倫琴的設(shè)施來(lái)跟蹤出軌的配偶，也有人制造出鉛的內(nèi)衣褲，以防范使用“X光燈”偷窺的企圖。

這些反應(yīng)看來(lái)似乎很輕薄，但醫(yī)學(xué)界卻是很快地就承認(rèn)了倫琴發(fā)現(xiàn)的重要性。1896年2月，美國(guó)馬薩諸塞州達(dá)特慕司鎮(zhèn)的弗洛斯特(Edwin Brant Frost)首次利用X 射線(xiàn)，為他在當(dāng)?shù)卦\所當(dāng)醫(yī)生的弟弟制作了一個(gè)病人手腕骨折的底片。之后很快地就有人嘗試置入金屬片或注射不透明的物質(zhì)，以使器官或血管看得更清楚，但效果并不明確。第一部血管造影法、活動(dòng)的X 光機(jī)、與軍用X 射線(xiàn)術(shù)都于1896年初開(kāi)始使用。

X 射線(xiàn)除了用于診斷外，有的實(shí)驗(yàn)家開(kāi)始用它來(lái)治療疾病。自從19世紀(jì)初期，利用電療法來(lái)暫時(shí)性止痛很受歡迎，同樣的設(shè)施也可用來(lái)產(chǎn)生X 射線(xiàn)。于是于1896年1月，在倫琴宣布他的發(fā)現(xiàn)后數(shù)日，有一個(gè)芝加哥的電療師葛拉貝(Emil Grubbe)即以X射線(xiàn)照射一位乳癌復(fù)發(fā)的婦女。同年年底，有幾位研究員注意到X 射線(xiàn)對(duì)于癌癥有減緩病情的效果。另外有人發(fā)現(xiàn)它對(duì)于處理表面的傷害與皮膚的問(wèn)題效果奇佳；還有人偵測(cè)到其可能的細(xì)菌反應(yīng)。美國(guó)與法國(guó)的除毛診所甚至將X 射線(xiàn)應(yīng)用于美容方面。

倫琴因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)X 射線(xiàn)而于1901 年獲得第一屆的諾貝爾物理獎(jiǎng)。當(dāng)被問(wèn)到在發(fā)現(xiàn)X 光線(xiàn)那一刻有何感想時(shí)，他很真誠(chéng)地回答說(shuō)：“我沒(méi)有想太多，我只做研究。”直至今日，大家都認(rèn)為倫琴是一位杰出的實(shí)驗(yàn)家，從不因他的研究成果而尋求榮譽(yù)或是金錢(qián)上的利益。他拒絕可以成為德國(guó)貴族階級(jí)的頭銜，還將所得到的諾貝爾獎(jiǎng)金捐給他的大學(xué)。他接受他的大學(xué)所頒贈(zèng)的榮譽(yù)醫(yī)學(xué)博士學(xué)位，但從未接受任何X光相關(guān)的專(zhuān)利權(quán)，以確保世人可以自由地因他的發(fā)現(xiàn)而獲利。然而，他的利人行為卻使他個(gè)人付出了巨大的代價(jià)：1923年他過(guò)世時(shí)幾乎因第一次世界大戰(zhàn)后的通貨膨脹而破產(chǎn)。

圖2 倫琴最早的試驗(yàn)攝影圖片之一：他太太伯莎的手，無(wú)名指上有戒指。制作于1895年11月8日(圖片來(lái)源：Wikimedia Commons)