X先生自传

爱未知，不爱无知。爱穿透，也爱相干衍射。爱缤纷斑点，更爱多姿底片。不是微波，不是可见光，也不是粒子流，我是X先生，请叫我X-Ray。X，代表未知数的X，因为X=？意味着一个有无限未知解的方程；X，代表神秘莫测的X，一群有着金刚刀、风暴眼、幻影术等强大特异功能的变种人——X战警。他们潜伏在正常人的身边，而我则是潜伏在自然界中的X。我在哪里，清晰的视界就在哪里。你看不见我，但我可以透视你，甚至在你毫无知觉的情况下轻松穿过你的身体。我，就是神秘的X射线。

　　我的家族

　　我的家族叫电磁波，我们靠电磁场交互感应传播能量，即使在什么也没有的真空，也可以光速畅行无阻。你看不见我，是因为相比我的可见光兄弟而言，我的波长要短得多，只有0.01～1纳米。如果波长在0.1～1纳米，请叫我软X射线；如果波长在0.01～0.1纳米，请叫我硬X射线；如果波长小于0.01纳米，那我就是超硬X射线；如果波长再短一点的话，那就是我弟弟伽马射线了（来自于原子核衰变）；我哥哥紫外线比我的波长要长一点点。

　　我的特别之处一方面在于我的波长很短，短到了原子量级，为此我可以看到原子们是如何排列组合在一起的；另一方面在于我的能量很高，因此我的穿透本领很强，不过我的能量也不是特别的高，所以我可以“透视”有机生命体而不损害他们。虽然被我照射太久容易患上癌症，但我同样也可以杀死癌细胞治疗癌症。总之，我是一把双刃剑。

　　我诞生于原子内层，内层电子跃迁释放出的能量就是射线形式的我——高能量、短波长的我。我不带电，我是波，我可以衍射也可以干涉。

　　我的“伯乐”

　　我存在于宇宙中已经很多年，但被人类认识却仅有百余年。克鲁克斯、赫兹、特斯拉、爱迪生、劳厄、伦琴等许多物理学家都研究过我。起初，在加上电压的真空管里的阴极端，德国物理学家希托夫看到了我把玻璃管壁弄出了荧光，于是人们叫我“阴极射线”（其实我走的是中性路线，喜欢阴柔的家伙是电子，不是我）。英国物理学家克鲁克斯发明了有高压电极的玻璃真空管，也看到了被我感光的照片底片。遗憾的是，他对我没有兴趣，没有继续研究下去。后来，那个著名的“科学超人”尼古拉·特斯拉摆弄克鲁克斯管的时候，看到了我的“连续体”——高速电子受靶极阻挡而产生的连续辐射，又叫轫致辐射。可惜的是，他甚至没有给我取个名字，还提醒人说我是对人体有害的。德国物理学家赫兹在验证电磁波存在的实验中，也曾发现我有能力穿过金属箔，不过他更喜欢笼统地叫我电磁波。

　　到了1895年，属于我的时代终于来临了。德国物理学家威廉·康拉德·伦琴成为了我的发现者和命名者。他发现，所谓的“阴极射线”可以让有氰亚铂酸钡涂层的屏幕发光，而包裹严实的照相底片也被该射线穿透致曝光了。这种强大的穿透能力哪怕是面对15毫米厚的铝板也不在话下，只有铅板和铂板才能阻挡。他用这种未知的射线为他的妻子的手拍了照片——显影出来的是手掌里的骨头，还有象征他们爱情的结婚戒指。这意味着，不需要通过解剖就可以清楚地看到人体内部的结构，从此医生多了一副强大的“眼镜”，可以透过皮肉看到骨骼，看到体内是否有病变。伦琴兴奋地把这种“未知”射线命名为“X射线”。从此，我有了名字，我的名字含义是“未知”。

　　伦琴的发现引发了科学界对射线研究的一轮热潮，在短短一年里发表的关于我的研究论文就有1000多篇。法国物理学家贝克勒尔发现了更多的射线，我的兄弟阿尔法射线、伽马射线和贝塔射线等相继被人们所认识。而居里夫妇从自然界提取了镭和钋，发现了天然放射性。以此为基础，英国物理学家卢瑟福用加速粒子轰击原子，发现了原子内部的结构，用新的理念打开了人们对微观世界研究的大门。这些人都是诺贝尔奖获得者。我的发现者伦琴是第一届（1901年）诺贝尔物理学奖得主。

　　我从哪里出现

　　要制造我并不难。你需要一个真空密封的玻璃管，一端是灯丝状的阳极，一端是平板金属做的阴极。两端加上高电压，就会发生高速电子撞击到金属平板靶上。电子能量足够高就可以把金属内部的电子打出来而在原子内层轨道留下空穴，外层电子跃迁回到内层填补空穴的同时就会放出辐射——X射线。由于高速电子撞击金属靶会发热，所以金属靶一端需要用水来冷却。早期的X射线管体积较大也容易碎，现代的X射线管已经精简到只有一根圆珠笔的长度了。

　　现代的X射线仪器中的光源已经大大改进，功率也大为提高。根据麦克斯韦方程组可以推出，自由电子在高速运动过程中若改变运动方向则会同时辐射电磁波，这类在同步加速器上发现的辐射被称为同步辐射。同步辐射光源具有强度高、连续性好、光束准直好、光束截面积极小并具有时间脉波性与偏振性等诸多优势，是目前光谱学研究的最佳光源之一，X射线也属于这类光源其中一小段波长区间。中国在上海建设了居于世界先进水平的同步辐射光源——上海光源，目前一些束线站已经投入使用了。

　　我能看到什么

　　自从我被人类发现以来就备受关注，然而我的用武之地不仅仅限于拍摄“透视”的X光片。真正将我的功用发扬光大的人是马克斯·冯·劳厄和布拉格父子（威廉·亨利·布拉格和威廉·劳伦斯·布拉格）。

　　因为我可以用于拍摄X光片，许多科学家认为我应该属于一种特殊的光线，也就是波的一种。但要证明我的波动性，就必须有衍射和干涉等性质，由于我的波长只是可见光的千分之一，要靠人工制作尺寸如此之小的光栅是不可能的。德国物理学家劳厄意识到，自然界中晶体内部原子就是规则排列的，如果晶体中原子间隙合适，就可以作为X射线的光栅。只是因为晶体里存在许多层原子，等同于许多层光栅的叠加，这将使得衍射的图样非常复杂。不过，劳厄等人还是在1912年成功地做了这个实验。他们将垂直于晶轴切割的硫化锌平行晶片放在X射线源和照相底片之间，果然发现照相底片上出现规则排列的衍射斑点。这项伟大的发现证实了我的波动性，同时提供了一种更为强大的实验工具——利用固定波长的X射线可以探测晶体内部原子的排布情况，人们从此可以“看到”晶体中原子的排列。