黑色卡紙下發光的螢光屏:倫琴的意外插曲#
一八九五年十一月八日,一個星期五的傍晚,德國維爾茨堡大學的物理實驗室裡,五十歲的校長威廉.倫琴(Wilhelm Röntgen)獨自留了下來。他習慣晚間工作——白日被行政與教學占滿,只有深夜屬於自己。這一晚,他打算重做一組看似平常的實驗:用希托夫—克魯克斯管(Hittorf-Crookes tube)產生陰極射線,觀察其激發螢光的現象。
陰極射線在不同實驗室間流傳已有二十餘年:普法戰爭後德國的儀器工業迅速崛起,玻璃吹製技工能為物理學家定制精良的真空放電管,普魯士的大學制度則把「教授的實驗室」變成國家投資的知識工廠。倫琴正是這套制度培養出的典型人物:他在荷蘭與瑞士求學,師從孔特(August Kundt),一生以精密測量著稱,發表的論文篇數不多,卻幾乎無可挑剔。
一片不該出現的光#
實驗的步驟並不新穎。倫琴用黑色硬紙板把整支放電管仔細包住,接通感應線圈,為的是確認管內射線完全無法漏出。然而就在通電的一瞬,他瞥見一米開外的長凳上,塗有鉑氰化鋇(barium platinocyanide)的螢光屏竟泛出微光。他切斷電源,光消失;再通電,光又出現。照已知理論,陰極射線在空氣中的穿透距離不過幾厘米,絕無可能跨過一米多的距離、更不可能穿過黑色紙板。
多數人的第一反應,也許會歸咎於儀器老化、靜電干擾,或乾脆認定是眼睛的錯覺。倫琴的反應則是重複。他移動螢光屏,發光依舊;他換上新的螢光材料,依然發光;他把屏轉過一面,來源顯然並非反射。這份「多疑的沉穩」,正是他日後成功的關鍵。
七個星期的祕密#
接下來的七週,倫琴幾乎住在實驗室裡。他吃住都在樓上的工作間,連妻子安娜送來的飯也常原封不動。他不許任何人踏進實驗室,助理也只被告知「在進行一件重要的事」。他系統地測試這種未知輻射的穿透力:紙張、書本、硬橡膠、木板,厚度由薄至厚一一排列;薄鋁片能擋住一部分,厚鉛板則將輻射完全吸收;而他的手在螢光屏上,竟顯出一副骨骼的輪廓。
他並非沒有前輩可用。同一時期,冉.佩蘭(Jean Perrin)與雷納德(Philipp Lenard)都在研究陰極射線;雷納德一八九四年已用鋁箔窗把射線引出管外,並在筆記中記錄過「距管一段距離處出現的奇異旁效應」——螢光材料在沒有射線直射時偶爾也會發光。這些蛛絲馬跡散落在文獻裡,無人追問。倫琴的過人之處,不在「看到」,而在「不肯放過」。
命名一個「未知」#
十二月二十八日,倫琴把手稿交給維爾茨堡物理—醫學學會,題目是〈論一種新型射線〉。他謹慎地承認自己尚不知其本性:它沿直線前進、不被磁場偏轉、能穿透可見光無法通過的物質。究竟是縱波?還是某種尚未確認的粒子?他一概存疑,只因連荷質比 \(\frac{e}{m}\) 都無從測定。於是他以代數式的那個未知數為名,稱之為「X 射線」(X-Strahlen)。這個謙遜而精確的名字,就此成為永久的學名—— 德國人另稱之為倫琴射線。
性格也在這裡顯形。倫琴終生寡言,厭惡社交與慶典,拒絕過無數演講邀約。他不相信倉促的結論,寧可把七週的反覆驗證壓縮成一篇十頁的論文——證據鏈完整得使任何懷疑者一讀即服。正因如此,這份意外之喜沒有被埋沒:論文刊出後數日之內,全球的實驗室都在複製他的裝置。
一九○一年,首屆諾貝爾物理學獎頒給了他。委員會的取向耐人尋味:他們把第一個桂冠授予「一項意外發現」,等於向世人宣告——新物理學的時代已經來臨,而它青睞那些既能遇見偶然、又能馴服偶然的頭腦。