作者：林志忠(台岛交通大学电子物理系)
本文选自《物理》2021年第12期
“科学发现有无规律可遵循”这属于一个哲学方面的问题，然而宇宙以及大自然其间的奥妙和所有物质的特性，要通过具备定量性质的系统性实验以及测量来做出最终决定，这是不容置疑的，是这样的情况。
德国物理学家伦琴（C. Röntgen，1845—1923）于1895年11月8日意外发现了X射线（X光），为此他在1901年获得了史上首个诺贝尔物理学奖，而瑞典化学家诺贝尔恰好在发现X射线的半个多月前立下遗嘱，通过捐赠遗产设立了诺贝尔奖。然而，伦琴拒绝为X射线申请专利，还谢绝同事与朋友建议用自己名字命名（尽管后人有时仍把X射线称作伦琴射线），并且婉拒了在诺贝尔奖颁奖典礼上致词。伦琴于遗嘱里，把他所获取的诺贝尔奖金捐给了维尔茨堡大学(of Wü)用作研究资助，只是遗憾因第一次世界大战后极度严重的通货膨胀，他捐赠的奖金后来近乎如同废纸一般。X光一经被发现，当时的医学界即刻意识到其具备的无限医疗价值，随即应用到医院当中。1900年德军已然配备了移动式X光机，于战场上救治伤兵。
发现X射线
19世纪的后半个世纪，鉴于工业革命过后电气工程以及科学研究的双双发展还有迫切的社会需求，处于真空管里的“阴极射线”以及“气体放电”研究成了一种非常热门的学问，有无数的科学家投身其中，这当中涵盖了欧洲的赫兹（Hertz）、莱纳德（）以及汤姆孙（J. J.）等等能够在历史上留下名声的物理学家物理学家x射线1901，另外还有远在美国的发明家特斯拉（Tesla）。 在发现X光以前，伦琴全然没有做过任何和阴极射线有关的实验，也就是说，他属于阴极射线以及气体放电领域的一个新手。并且，就在开展X射线实验的前一年，鉴于其学术声誉极为突出，经由学校长聘教授推举，它被任命为维尔茨堡大学校长，为期一年地承担着繁杂的行政事务。1895年10月，在他卸去校长一职后，才着手展开阴极射线实验。因而，值得去探究为何是伦琴而非与其处于同一时代的、经验丰富且造诣高深的其他竞争者，率先察觉到X射线？特别是，有一件事可相当确定，即在伦琴开展实验之际乃至之前的若干年里，在各处的几个阴极射线实验室中，必然早已多次出现了X光，并且有人目睹到了。然而，他们由于心里存在着一种既定的看法，并且不知道为什么会这样，所以在“看的时候却像没有看见一样”，因疏忽而导致十分有价值的科学发现以及流传千古的荣誉从自己手中溜走。
到底是因何使得伦琴发现了X射线呢？存在着这样一个合乎情理的解释：伦琴身为一名出色的实验物理学家，他对于仪器的掌控以及运用能够达到得心应手的地步，于测量进程当中观察极为细致入微，而且还能够针对测量数据开展严谨的验证以及论证。伦琴在大学期间主修的是机械工程，在气体的导热性质以及蒸汽机的原理和构造方面颇为专精（他的热力学课程是受教于 “热力学之父” 克劳修斯( )），他基于此而喜好自行设计以及组装（简易）实验仪器，并且亲自进行测量（图1）。这种研究的取向跟习惯，一方面是那时欧洲的学术氛围造成的，给伦琴带来了里仁为美的便利，使其能够取法乎上；另一方面是由于伦琴的人格特质的确跟同侪不同，他有着十分强烈的精确实验意识以及偏好，而且很少请助手协助测量。再者，伦琴极为看重欧洲近代科学兴起与发展进程中的实验传统，他高度认可自16世纪以来实验和观测以及客观逻辑推理（科学方法）所起到的关键性和批判性作用。
图1，是伦琴于维尔茨堡大学发现X射线的实验室，那张照片源自“德国伦琴博物馆”， 记作( Rö )。
1894年1月，伦琴就任维尔茨堡大学校长，在此之时，他与当时学界惯例背道而驰，不在就职典礼上宣读自身主要研究成果，而是演讲他心中所想的（欧洲）近代科学发展历程。其中，他着重指出，自16世纪起，自然科学家群体“渐渐形成了这样一种信念，即认知实验是探究（拷问）自然奥秘最为强有力且最为可靠的手段，实验更是代表着判定一个假说（）究竟应被保留还是被舍弃的最高权威”。被伦琴所肯定的科学实验，是那种经过了精心设计的，是那种严谨执行的，并且其对于现象的解释均根基于测量数据也就是客观证据的实验。后世的科学史学家觉得，伦琴是一位极为严谨的，是一位做事一丝不苟的，还是一位观察敏锐、思路清晰的实验物理学家。
1895年11月8日，星期五，晚上，伦琴喜欢在周末晚上做实验，原因是能集中心神，不受同事或学生干扰，在这个时间，伦琴首先于阴极射线管外约1m处，也就是一个阴极射线到达不了的距离，在荧光屏上发现了亮光，他很快意识到这个亮光不是任何已知物理现象或射线，或者说粒子流所造成的光点，他随即几度开关阴极射线管的电源，进而明确判定这个荧光的出现或消失是瞬间的，其来自于阴极射线管的开或关。在这个时候，他把亮光是磷光的那种疑虑给排除掉了，原因在于磷光的明暗发生变化是呈现出逐渐态势的，并且需要一点点用于缓冲情况的反应时间。
在猜想X光乃是一种穿透性极强的新射线（或者粒子流）以后，伦琴马上采取一系列举措，尽力开展各类测量，费尽心思去综合以及归纳它们的物理性质。这是即将来临的确立并巩固伦琴作为X光发现者地位的关键一步，鉴于事实胜于雄辩，让全面的实验证据来发言是判定自然科学真假的唯一方法。在随后的6周之中，伦琴持续进行实验，他不停地自我发问，尝试回答如下问题，涵盖X射线是沿直线向前行进的吗？它们会发生反射或者折射吗？它们跟阴极射线存在何种区别吗？它们究竟有着怎样的本质呢？伦琴迅速对X光的路径进行验证，发现其不受磁场影响，所以它们并非阴极射线。伦琴还确认了X光具备强大穿透力，并且除了能产生荧光外，还可在摄影底片上使影像显现。由于能在底片上成像，有目共睹，故而X射线一经公布，便在大西洋两岸的科学家、公众以及媒体之间引发了轰动。另外，十分清楚的是，伦琴更为惊讶地察觉到，除了可以穿透纸张、书本、木头以及薄金属片外，X光还能够穿透人体的肌肤。
伦琴虽然十分确定自己发觉了一种全新射线（又或者是粒子流），然而其内心依旧极为焦虑不安，他满心忧虑万一这些屏幕上所呈现的亮光仅仅是源于长时间身处暗室中工作，因眼睛疲惫不堪而形成的幻觉（也就是眼缬）。他忧心倘若贸然发表了并不真实的虚幻测量结果，那岂不是会身败名裂，学术生涯就此终结了。所以在反复自我追问以及进行测试的进程里，他仿若丢了魂魄，不与他人交流谈话，而且严禁任何人士进入实验室。直到12月22日，伦琴终于邀请他太太至实验室，让她准许自己用X光摄其手 ，这便是科学史上有名的伦琴太太手指头及结婚戒指X射线照片的缘起 ，伦琴此前已无意间发觉X光能穿透自身肌肤 ，可他一是不愿告知他人 ，二是仍有点担心这是眼睛疲劳所致幻觉 ，毫无心理准备下 ，忽然看到自己手骨头照片后 ，伦琴夫人似惊吓过重 ，自此拒绝再进实验室。伦琴当下决定，马上公开他的实验结果，他这般对着太太说话，“特大麻烦来了”(“Now the devil will be topay”)。
迅速发表，孤篇压卷
伦琴确立了X光的穿透性后，拍摄了手影像，之后他迅速地简短写出了自己的惊人发现，他将论文题目定为“On a New Kind of Rays：A ”。而且，伦琴没有把论文投递到当时学术地位崇高的全国性著名物理期刊，比如der ，而是在12月28日（圣诞节假期期间）交由当地的of the Wü 出版，并且嘱咐他们破例即日印行。这时，伦琴年满50岁，他虽是阴极射线领域新手，然而已非学术界泛泛之辈，也不是芸芸众生那般普通。明显地贝语网校，伦琴深知优先发表在科学史上具无可替代的指标性与绝对意义。想必，他经过深思熟虑，又有一番内心煎熬，经细致斟酌现实物理学家x射线1901，明智选择当地（地方性）期刊才顺利完成发表任务，进而荣获不容改写的“X射线发现者”的头衔。
在1896年1月23日，伦琴于Wü的例行会议之上宣读了他的论文，这里面的论文是他一生中首次、也是最后一回关于X射线的正式演讲。然后，在1896年和1897年这两年，他又同样在of the Wü各发表了一篇X射线论文。这三篇论文以及唯一的一次公开演讲恰似是他的“孤篇压卷”，此后伦琴没有再就X射线留下任何的片言只字。8900年那会儿，伦琴离开了身为维尔茨堡的大学，转去担任慕尼黑大学的“实验物理研究所”的所长，并且重新拾起他早年时候的兴趣，再次将注意力都集中到晶体物理性质的研究上面去了。
图2，是伦琴在演讲当场所拍摄的，那张照片拍的是著名解剖学家科力克的手，是X射线照片，取自X-ray| Wiki| ()。
在关于X射线存在的会议举行之时，伦琴于现场为知名解剖学家科力克拍摄下其接受现场演讲时的手部影像，此人于那次事件之前已然声名远扬，作为摄影成果的这一幅射线照片，即便基于距离那相应起点业已流逝一百余年跨越的如今所用标准来考评，其呈现诸如影像清晰透彻类特征的水准仍位居不低层次显见有目共睹（呈现状态如图2所示）。同样是在那一场演讲活动之中，科力克提议将X光的指代名称确定命名为“伦琴射线”。
推动慕尼黑大学“理论物理研究所”的成立
笔者觉得，伦琴有着两大科学方面的贡献，其一为发现X射线，此贡献是大众都知晓的，其二是在20世纪之年的中期，于慕尼黑大学费劲地争取设立了“理论物理研究所”，这一贡献或许是很少有人知道的。先是在1890年到1894年这短暂的4年时间里，玻尔兹曼曾担任慕尼黑大学的理论物理讲座教授，可是自从玻尔兹曼离去之后，慕尼黑大学的理论物理教授职位就空缺了很多年，直到“理论物理研究所”成立，索末菲应聘成为第一任所长。在1906年索末菲到来之后，过了几年，“慕尼黑学派”得以形成，呈现出与“哥廷根学派”以及“哥本哈根学派”并驾齐驱的辉煌态势，为20年后量子力学发展的完成，谱写了绚丽多姿的英雄篇章。伦琴大力争取在“实验物理研究所”之外，于慕尼黑大学设立“理论物理研究所”，以此方便理论与实验相互交流探讨，彼此紧密协作，这是他对近代物理学发展作出的又一项重大贡献，值得后人敬仰与缅怀。
脚注
1) X光的英文常常被写成复数形式X rays，因此在这里中文使用“它们”。
其一，全唐诗里头，有的只是张若虚仅存的两首诗作，其二，他所作的那首《春江花月夜》，被赞誉为是“一首能压全唐所有诗篇”。
后记
伦琴于遗嘱里提出要毁掉他生前全部个人的以及科学方面的通讯，也就是来往信件，他在发现X射线之后，其内心所呼喊渴望的，好像是一种有着深厚功力且不为人知的学者人生，如同唐代卢照邻《长安古意》诗中所写的那样：“寂寂寥寥扬子居，年年岁岁一床书。独有南山桂花发，飞来飞去袭人裾。”。不能丢。
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