【物理史上的十一月】Nov. 8, 1895:倫琴(Wilhelm Conrad Röntgen)發現X射線

Nov. 8, 1895:倫琴(Wilhelm Conrad Röntgen)發現X射線

文|蕭如珀、楊信男(臺灣大學物理學系)(譯自 APS News,2001 年 11 月)

 

倫琴(Wilhelm Conrad Röntgen)來源:Wikimedia Commons

 

幾乎沒有一個科學上的突破能像倫琴發現X射線一樣的立即展現出影響力,此重大的發現很快地就震撼了物理界與醫學界。X射線在實驗室被發現到廣泛地為人所使用,期間短得嚇人:在倫琴宣布發現X射線後的短短一年內,X光就已是醫學上診斷與治療所必需使用的一環了。

倫琴的科學生涯開始時困難重重,當他在荷蘭讀書時,因學校其他同學的惡作劇導致他被烏翠荷德技術學校(Utrecht Technical School)退學;也因為少了該文憑,他在獲得博士學位後起初無法在烏茲伯格大學(University of Würzburg)謀得教職,直到後來,學校才同意聘任他。他在烏茲伯格大學所做的實驗均致力於研究光的現象,與在「克魯克斯管」(Crookes tubes)中通電流時所產生的放射線,即在帶正、負電極的真空玻璃燈泡通過高壓電流所顯示出來的螢光。他對陰極射線與評估其在射出管外的距離特別感興趣。

1895 年 11 月 8 日,當倫琴用厚的黑色紙板將燈泡遮住時,他注意到綠螢光使得在 9 呎外的鉑鋇銀幕發亮。由於他認為鉑鋇銀幕太遠了,不會對陰極射線產生反應,他於是確認,螢光是由他用來研究陰極射線(後來知道是由電子所組成)的克魯克斯管,所產生看不見的射線,穿透包在燈泡外面不透光黑色紙板所造成的。更進一步的實驗顯示,這種新型態的射線可以穿透大部分的物質,包括身體的軟組織,但是可以看得見骨頭和金屬。他最早的試驗攝影圖片中有一張是他太太伯莎的手,可以清楚地看到結婚戒指。

為了要測試他所觀察到的結果,並進一步加強他的科學資料,倫琴花了七個星期傾全力仔細地規畫、進行他的實驗。12 月 28 日,他在烏茲伯格物理醫學學會論文集提出第一份「初步」短篇論文〈論新型態的光線〉。1896 年 1 月,他在學會中展示出他為與會一位建議將此射線命名為「倫琴射線」的解剖學者製作的一個手的圖片,並發表演說後,首度將此發現對外公開。

此消息很快地便傳遍全世界,大家都急切地想改進倫琴的發現,愛迪生即是其中之一,他發展出手提的螢光儀,只可惜未能將此「X光燈」商業化以供家庭使用。很快地到處都有生產X光的設備,還有人開照相館幫人照「骨照片」,更進一步激發民眾的興趣與想像。有關X射線的詩篇開始出現在暢銷的雜誌上,政治卡通、短文和廣告也陸續出現X射線的隱喻性用法。偵探會使用倫琴的設施來跟蹤出軌的配偶,也有人製造出鉛的內衣褲,以防範使用「X光燈」偷窺的企圖。

這些反應看來似乎很輕薄,但醫學界卻是很快地就承認了倫琴發現的重要性。1896 年 2 月,美國麻塞諸塞州達特慕司鎮的弗洛斯特(Edwin Brant Frost)首次利用X射線,為他在當地診所當醫生的弟弟製作了一個病人手腕骨折的底片。之後很快地就有人嘗試置入金屬片或注射不透明的物質,以使器官或血管看得更清楚,但效果並不明確。第一部血管造影法、活動的X光機、與軍用X射線術都於1896年初開始使用。

X射線除了用於診斷外,有的實驗家開始用它來治療疾病。自從 19 世紀初期,利用電療法來暫時性止痛很受歡迎,同樣的設施也可用來產生X射線。於是於1896 年 1 月,在倫琴宣布他的發現後數日,有一個芝加哥的電療師葛拉貝(Emil Grubbe)即以X射線照射一位乳癌復發的婦女。同年年底,有幾位研究員注意到X射線對於癌症有減緩病情的效果。另外有人發現它對於處理表面的傷害與皮膚的問題效果奇佳;還有人偵測到其可能的細菌反應。美國與法國的除毛診所甚至將X射線應用於美容方面。

倫琴因為發現X射線而於 1901 年獲得第一屆的諾貝爾物理獎。當被問到在發現X光線那一刻有何感想時,他很真誠地回答說:「我沒有想太多,我只做研究。」直至今日,大家都認為倫琴是一位傑出的實驗家,從不因他的研究成果而尋求榮譽或是金錢上的利益。他拒絕可以成為德國貴族階級的頭銜,還將所得到的諾貝爾獎金捐給他的大學。他接受他的大學所頒贈的榮譽醫學博士學位,但從未接受任何X光相關的專利權,以確保世人可以自由地因他的發現而獲利。然而,他的利人行為卻使他個人付出了巨大的代價:1923 年他過世時幾乎因第一次世界大戰後的通貨膨脹而破產。

倫琴最早的試驗攝影圖片之一:他太太伯莎的手,無名指上有戒指。製作於1895年11月8日。來源:Wikimedia Commons
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