Профессор Вюрцбургского университета Вильгельм Конрад Рентген (1845—1923) не принимал участия в спорах по поводу природы катодных лучей. Он считал, что для выводов еще не наступило время. И пока исследовал их свойства в своей лаборатории. Катушка Румкорфа для получения высокого напряжения у него была. А в стеклодувной мастерской могли изготовить любые стеклянные баллоны с металлическими электродами-пластинками, впаянными в стекло.
Выбрав подходящий баллон, Рентген принялся за откачку из него воздуха. Потом тщательно запаял горловину, снял со станка… О, он все умел делать сам. Недаром слава лучшего экспериментатора, исключительно дотошного, осторожного и добросовестного исследователя, следовала за ним по пятам из университета в университет, где ему доводилось работать.
В. К. Рентген — блестящий физик-экспериментатор, открывший Х-лучи, получившие впоследствии его имя
Сам, все сам. Своими руками профессор Рентген собирал установку для задуманного опыта. Тщательно, не торопясь. Ему оставалось соединить контакты катушки с выводами подготовленного баллона и включить схему. Тут все было понятно. Затрещит молоточек, прерывающий ток низкого напряжения в толстой первичной обмотке катушки. Возникнет и побежит по тонким виткам вторичной обмотки ток высокого напряжения. Поднимется на катоде и аноде разность потенциалов и… В какой-то момент пробьется промежуток в разреженной атмосфере внутри баллона. Вспыхнет на стеклянной стенке зеленое пятнышко…
Профессор меняет баллоны: один, другой, третий… Все влияет на протекающий ток: и разные формы электродов и степень разрежения газа. Как влияет, почему влияет, где можно усмотреть закономерность?
Один за другим идут опыты. Только тогда, когда при неоднократных повторениях он получит один и тот же результат, Рентген позволит себе сделать какой-то вывод. А может быть, и не позволит… Только он продолжит эксперименты.
Один из первых рентгеновских снимков
8 ноября 1895 года в конце рабочего дня Рентген остался в своей лаборатории на улице Пляхер-Ринг один. Физический институт Вюрцбургского университета опустел. Ушли ассистенты. Отправился домой даже ворчливый служитель. Но профессору хотелось закончить очередной опыт и занести результаты в лабораторный журнал…
В ноябре на улицах рано темнеет. На здании ратуши пробили часы. Близилась ночь. Пора было и ему заканчивать работу. За день Рентген устал.
Он закрыл установку немудреным чехлом из картона и погасил в лаборатории свет. У самых дверей что-то его остановило. Он задержался на минутку, задумался…
Ах, да, герр профессор забыл выключить катушку. За эти дни он так привык к треску молоточка, что практически не замечал его. Впрочем, до рубильника — один шаг… Но этого-то шага он и не сделал. На столе рядом с работающим прибором мерцало зеленовато-желтое сияние. Что это? Рентген шагнул к столу. Включил свет. На гладкой столешнице лежал забытый кем-то листок бумаги, покрытый слоем платиноцианистого бария.
Рассказывают, что Уильям Крукс тоже чуть было не открыл рентгеновское излучение. Случилось это так: в период опытов с катодными лучами он получал фотопластинки от фирмы Ильфорда. И часто., когда он после экспериментов распечатывал новую коробку, пластинки, полежавшие несколько дней в шкафу рядом с работающей трубкой, оказывались засвеченными.
По отзывам современников, Крукс был очень сдержанным и уравновешенным человеком. Но и он не выдерживал, когда в закупленных партиях все пластинки оказывались покрытыми серой вуалью. В гневе он даже обвинял фирму в недоброкачественности товара…
Сегодня, изучая условия его опытов, мы легко представляем себе, что могло произойти. Электроны, разогнанные в трубке Крукса, при столкновении со стеклянными стенками порождали рентгеновское излучение. Если рядом в это время лежали коробки с пластинками, то фотослой их вполне мог этими лучами засвечиваться.
Но Крукс не сделал из фактов должного вывода. И потому сам он никогда публично даже не упоминал об этой истории. Так что рассказанный случай остается на совести тех, кто о нем упомянул впервые.
«Странно, — подумал Рентген, — это вещество светится, когда его облучит солнце. А сейчас ночь…» Он снова погасил свет. Лист бумаги продолжал светиться. В темноте профессор выключил рубильник катушки Румкорфа. Молоточек замолчал. Свечение исчезло… Он включил установку снова, листок засветился…
Принцип устройства рентгеновской трубки
Теперь профессор Рентген больше не думал о том, что пора домой. Всю ночь до утра провел он в лаборатории. То же повторилось и на следующий день, и еще, и еще. Говорили, что он даже принес сюда походную койку. Рентген ставил между стеклянным баллоном с разреженным газом и листком бумажки со слоем бариевого соединения различные препятствия: толстую книгу, доску, колоду карт, эбонитовую пластинку, оловянную бумагу… Лучи, казалось, не знали преград. Лишь толстый слой металла ослаблял их настолько, что зеленовато-желтое свечение меркло.
Рентген никому не говорил ни слова о своем открытии. Его мучили сомнения: «А что, если все это только кажется, что, если это какое-то наваждение?» Он берет фотопластинку и кладет на нее руку. Собственную руку. Минута. Аппарат выключен. Пластинка в кювете с проявителем. И вот на негативе появляется четкое изображение скелета кисти руки с обручальным кольцом на пальце. Потрясающе! Герр профессор вытащил из кармана кошелек и, не раскрывая его, по теням на экране пересчитал имеющиеся там монеты. Это тоже впечатляло. В конце года в «Известиях Вюрцбургского физикомедицинского общества» появилась короткая статья «О новом роде лучей», подписанная Рентгеном. А когда подробности попали «на зуб» репортерам, открытие Рентгена стало сенсацией.
Катодные трубки Крукса
«Для икс-лучей нет преград! Значит, стены домов не смогут больше служить убежищем людям и вся частная жизнь семьи станет отныне достоянием гласности…»
«Икс-лучи незаменимы для жуликов! С помощью специальных аппаратов им ничего не стоит заглянуть к вам в карман! Запретить икс-лучи!» — требовали газеты.
В. Крукс — выдающийся ученый химик и физик, который иногда позволял себе чуточку торопиться с выводами
Много нелепостей написали репортеры, новые лучи интересовали всех. За один только 1896 год о них напечатано более тысячи статей! В сотнях лабораторий экспериментаторы исследовали их свойства, открывая по пути «свои собственные», новые и каждый раз все более фантастические лучи.
Право, физикам, жившим в конце прошлого столетия и занимавшимся изучением электрических явлений, хлопот было не занимать. В книге «Диалектика природы» Фридрих Энгельс дает такую наглядную характеристику состоянию современной ему науки: «В химии, особенно благодаря дальтоновскому открытию атомных весов, мы находим порядок, относительную устойчивость однажды достигнутых результатов и систематический, почти планомерный натиск на еще незавоеванные области, сравнимый с правильной осадой какой-нибудь крепости.
В учении же об электричестве мы имеем перед собой хаотическую груду старых, ненадежных экспериментов, не получивших ни окончательного подтверждения, ни окончательного опровержения, какое-то неуверенное блуждание во мраке, не связанные друг с другом исследования и опыты многих отдельных ученых, атакующих неизвестную область вразброд, подобно орде кочевых наездников…»
Рассказывают, что у Филиппа Ленарда был крайне неприятный характер. Он был чрезвычайно заносчив, предельно обидчив и притом мстителен. После опытов Рентгена выяснилось, что лучи, которые Ленард наблюдал выпущенными через алюминиевое окошко, по сути дела были рентгеновыми лучами. И Ленард был первым в мире человеком, не только наблюдавшим их действие, но и получившим первую рентгенограмму — изображение на фотопластинке предмета, спрятанного внутри алюминиевой коробочки.
Увы, он не сумел понять своего открытия и использовал его лишь для подтверждения волновой природы катодных лучей.
После триумфа Рентгена Ленард затеял длительную тяжбу о своем приоритете на это открытие. По большинство ученых лишь посмеивались над его притязаниями. А восьмидесятилетний английский физик Джордж Габриэль Стокс сказал однажды: «Возможно, что Ленард и имел рентгеновы лучи в своем люзгу, но Рентген первым направил их в кости других людей».
С приходом к власти фашизма в Германии Ленард полностью перешел на службу новому режиму и скоро стал пользоваться грустной славой «арийского физика», заменявшего талант чистотой расы, а строгие научные теории — политическими выдумками. История жестоко отплатила этому человеку, некогда известному ученику Генриха Герца, талантливому исследователю и одному из лауреатов Нобелевской премии.
В памяти физиков его имя осталось синонимом недобросовестности, мелкого тщеславия и злобы.
Природа рентгеновских лучей долго оставалась загадкой как для первооткрывателя, так и для его последователей. Поскольку лучи не отклонялись ни в электрическом, ни в магнитном поле, они не могли являться потоком заряженных частиц. Но и волновые свойства, такие, например, как дифракция, тоже не удавалось обнаружить у них.
Высказывалось множество разных гипотез. Сам Рентген склонялся к тому, чтобы считать Х-лучи особым видом продольных колебаний в эфире.
Тонкий и искусный, в полном смысле слова блестящий экспериментатор, профессор Рентген обладал довольно консервативным складом мышления.
Должно было пройти семнадцать долгих лет, прежде чем немецкий физик Макс Феликс Теодор Лауэ (1879—1960) вместе с сотрудниками все-таки увидел дифракцию рентгеновских лучей при прохождении их через кристаллы. Теперь стало окончательно ясно, что это не что иное, как электромагнитное излучение очень коротких волн.
Диапазон электромагнитных колебаний расширился не только в области длинных, но и в сторону очень коротких волн.
А как же катодные лучи?..
Еще до опытов Рентгена немецкий физик Филипп Ленард (1862—1947) поставил интересные опыты. Он изготовил стеклянную трубку с окошечком, закрытым алюминиевой фольгой, и выпустил катодные лучи через это окошко в воздух. Результаты оказались поразительными. Воздух возле окошка светился, а поставив на пути лучей тонкую алюминиевую коробочку, Ленарду удалось получить фотографию предмета, спрятанного внутри. Заметил он и то, что не все лучи отклоняются магнитом…
То, что катодные лучи проходят сквозь металлическую фольгу, не нарушая вакуума внутри трубки (это наблюдал еще Генрих Герц), весьма серьезно говорило за то, что природа их волновая. И Герц был убежден, что это не что иное, как продольные колебания эфира с очень малой длиной волны… К тому же мнению присоединился и Ленард.
Но через два года французский физик Жан Перрен (1870—1942) неопровержимо доказал, что катодные лучи несут на себе отрицательный заряд. А этот факт никак не согласовывался с теорией вибраций. Катодные лучи должны были быть отрицательно заряженными частицами.
Однако, чтобы согласиться с таким мнением, предстояло коренным образом пересмотреть атомное строение материи и допустить, что существуют частицы меньше атома. Так споры о природе света, об эфире и всевозможных лучах поставили физиков перед необходимостью заглянуть внутрь атома. В физической науке открывалась новая глава.