Как Вильгельм Рентген открыл X-лучи и получил первую в истории Нобелевку по физике

Советский физик-теоретик Матвей Бронштейн занимался популяризацией науки в начале прошлого века. Он написал несколько повестей, в которых просто и понятно объяснил научные открытия и изобретения. Мы публикуем отрывок из книги «Солнечное вещество», которая в ноябре выйдет в издательстве Corpus, о том, как Рентген открыл рентгеновские лучи.

В январе 1896 года весь земной шар облетело странное известие. Какому-то немецкому ученому удалось открыть неведомые лучи, обладающие загадочными свойствами.

Первое загадочное свойство лучей — они невидимы. Сколько бы вы ни напрягали зрение, разглядеть их невозможно. Они никак не окрашены — цвета у них нет.

Второе удивительное свойство — они проходят сквозь плотный картон, сквозь алюминий, сквозь толстые доски, сквозь оловянную бумагу. Непрозрачное для них прозрачно. От них не скроешься за деревянной стеной, за дверью. Деревянная дверь пропускает их, как стеклянная.

И третье свойство лучей — есть вещества, на которые они производят необычайное действие. Кристаллы платиноцианистого бария, виллемита, сернистого цинка внезапно вспыхивают ярким светом, чуть только на них упадут невидимые лучи. Под действием невидимых лучей чернеет фотографическая пластинка. И самый воздух чудесно меняется, когда его пронизывают невидимые лучи: он приобретает новое свойство — способность пропускать электрический ток.

Газеты, напечатавшие известие о лучах, только вскользь упомянули имя человека, который совершил необыкновенное открытие, — Вильгельм Конрад Рентген. Впрочем, это имя мало что говорило читающей публике: немногие знали, кто такой этот Рентген. Да не все и поверили газетному известию — лучи, да ещё и невидимые, да ещё и сквозь стенки проходят — мало ли что пишут в газетах!

Осторожный учёный

Вильгельм Конрад Рентген был профессором физики в баварском городишке Вюрцбурге. Застенчивый профессор, тихим голосом читающий свои лекции с кафедры старинного университета, был мало известен даже в своём собственном городе. Зато его хорошо знали учёные всего мира.

Во всех 25 германских университетах не было учёного, который работал бы добросовестнее, тщательнее, осторожнее, чем физик Рентген. Множество явлений изучил он в своей лаборатории, много произвёл точнейших измерений. Но далеко не обо всех своих работах, не обо всех своих опытах и открытиях сообщал Рентген в научные журналы.

У него было строгое правило: он печатал статью о проделанных опытах только тогда, когда был окончательно убеждён в их точности

Если оставалось хоть малейшее сомнение в правильности опыта, осторожный учёный ничего о нём не писал.

Рентген остерегался скороспелых гипотез, поспешных догадок, фантастических предположений. Он доверял только опыту. «Опыт — высший судья, — говорил Рентген. — Только опыт решает судьбу гипотезы, только опыт даёт нам возможность узнать, следует ли сохранить гипотезу, или нужно её отвергнуть. В этом-то и заключается главная сила физики: исследователь природы может быть совершенно уверен в себе, потому что у него всегда есть возможность проверить на опыте все свои предположения, все свои догадки. И если опыт не подтвердит догадку, значит, она неверна, как бы ни была она заманчива и остроумна».

В 1895 году Вильгельм Конрад Рентген принялся изучать, как течёт электрический ток сквозь разрежённые газы. Учёные исследовали это явление и до Рентгена. Немецкие физики Гольдштейн и Гитторф задолго до Рентгена пропускали электрический ток сквозь воздух, разрежённый сильным воздушным насосом. Они построили специальные приборы, чтобы изучать этот ток, проделали первые опыты. Но многое ещё оставалось неясным. Знаменитый физик Генрих Герц — тот самый Герц, который открыл радиоволны, — утверждал, что электрический ток, текущий сквозь разрежённый газ, это тоже волны — колебания, похожие на колебания звука. Другую догадку высказал англичанин Крукс. Он говорил, что электрический ток в разрежённом газе — это вовсе не волны, а потоки мельчайших, невидимых глазу частиц — электронов. С чудовищной скоростью — десятки тысяч километров в секунду! — летят они сквозь разрежённый газ.

Мнения ученых разделились. Одни считали, что прав Генрих Герц, другие — что прав Уильям Крукс. И только недоверчивый Рентген не участвовал в этом споре. Он не был ни на стороне Герца, ни на стороне Крукса. В 1895 году, в последних числах октября, Рентген собрал у себя в лаборатории все нужные материалы и приборы и приступил к опытам.

Начало опытов

Рентген взял стеклянный шар с двумя впаянными внутрь металлическими пластинками. К обеим пластинкам было приделано по проволочке. Концы проволочек торчали наружу сквозь стеклянную стенку шара.

Затем Рентген взял сильный воздушный насос и принялся выкачивать из шара воздух. Воздух уходил прочь, и его оставалось всё меньше и меньше. Когда удалось выкачать воздуха столько, что в шаре осталась одна лишь миллионная часть его, Рентген запаял шар. Прибор для пропускания электрического тока сквозь разрежённый газ был готов.

Машина, дающая высокое электрическое напряжение, у Рентгена была. Это была индукционная катушка — прибор, изобретённый в середине XIX столетия парижским механиком Румкорфом. С виду этот прибор похож на катушку с нитками, но только он гораздо больше обыкновенной катушки и вместо ниток на него намотана проволока: десятки тысяч витков тончайшего электрического провода, покрытого надёжной изоляцией.

Индукционная катушка, которая была у Рентгена, давала электрические искры длиной в 10-15 сантиметров. Её-то он и соединил с концами проволочек своего стеклянного шара. Послышался сильный и частый треск — это в катушке Румкорфа задрожал молоточек, размыкающий и замыкающий прерывистый ток во внутренней обмотке. И сейчас же по всем виткам наружной обмотки пробежал другой ток — ток высокого напряжения. Он устремился по проволочкам в стеклянный шар и проложил себе дорогу сквозь разрежённый воздух. Он тёк от одной металлической пластинки до другой, и вот на стеклянных стенках шара вспыхнуло слабое зеленоватое сияние. Так начались опыты Рентгена.

Неожиданная находка

Через несколько дней, 8 ноября 1895 года, Рентген обнаружил необычайное явление. Случилось это так.

Был вечер. Ассистенты, целый день трудившиеся над своими измерениями, усталые, разошлись по домам. Ушёл и старик-служитель. Рентген остался в лаборатории один. Он собирался работать до поздней ночи. Трещал молоточек индукционной катушки, зеленовато-жёлтый свет струился от стенок стеклянного баллона. Это был уже не первый баллон, не тот стеклянный шар, с которым Рентген начал свои опыты. В течение последней недели он изготовил несколько стеклянных баллонов, и все они были разные. Одни имели форму шара, другие — форму груши, третьи были узкими и длинными стеклянными трубками. В одних баллонах был разрежённый воздух, в других — разрежённый азот, водород, кислород. В этот вечер Рентген занимался тем, что по очереди придвигал свои баллоны к индукционной катушке и пропускал сквозь них электрический ток.

Часы пробили одиннадцать. Рентгена клонило ко сну. Он накрыл последний баллон плотным картонным футляром. Оставалось только разомкнуть ток в индукционной катушке, погасить свет и уйти. Но по рассеянности Рентген позабыл выключить катушку.

Он погасил свет и уже направился было к дверям, когда треск молоточка вывел его из задумчивости. Рентген вернулся, и вот тут-то его глазам представилось удивительное зрелище

На столе — не на том столе, где стоял стеклянный баллон, а на соседнем — мерцало странное сияние. Тусклым зеленовато-жёлтым огнем горел какой-то маленький предмет. Рентген в темноте направился к столу, чтобы посмотреть, в чём там дело. Оказалось, что светится кусочек бумаги. Бумага была не простая: она была покрыта с одной стороны толстым слоем платиноцианистого бария. Это вещество имеет обыкновение светиться, если на него упадут солнечные лучи. Но ведь на дворе ночь, в комнате полная тьма. Почему же светится платиноцианистый барий? В полной тьме Рентген нащупал рубильник и разомкнул ток. Бумага, которую он держал в руке, сейчас же перестала светиться. Он снова включил ток. Бумага засверкала снова. Снова выключил. И бумага опять погасла. Рентген уже и не думал уходить из лаборатории.

Ночь без сна

Рентген решил исследовать непонятное явление. Что заставляет бумагу светиться? Для проверки Рентген решил убрать баллон и соединить катушку с чем-нибудь другим, ну хотя бы с двумя металлическими шариками, которыми пользуются в лаборатории для изучения электрических искр. Так он и сделал. Опять затрещал молоточек, и снова побежал по катушке ток, но теперь уж он не уходил в баллон с разрежённым газом, а проскакивал электрической искрой между металлическими шариками. Рентген посмотрел на бумагу с платиноцианистым барием. Бумага как бумага. Никакого сияния. Тогда он снова соединил катушку с баллоном, и бумага вспыхнула снова.

Индукционная катушка тут ни при чём. Она одна не может заставить бумагу светиться. Всё дело в баллоне: когда сквозь баллон с разрежённым воздухом проходит электрический ток, тогда-то и светится платиноцианистый барий. Значит, под действием тока стеклянный баллон с разрежённым газом приобретает какую-то особую, таинственную силу. Всю ночь с 8 на 9 ноября 1895 года Рентген провёл без сна у себя в лаборатории.

Лучи икс

Рентген решил назвать неизвестное, вновь открытое им явление «лучами икс». Икс — это латинская буква. В алгебре этой буквой принято обозначать неизвестные величины. И в самом деле, обнаруженная Рентгеном «сила» была совершенно неизвестной величиной. Много ли знал о ней сам Рентген? Всего только три вещи. Он знал, что для того, чтобы вызвать её, нужно сквозь баллон с разрежённым газом пропустить электрический ток. Ещё он знал, что она заставляет платиноцианистый барий светиться. И ещё он знал, что она свободно проходит сквозь картон: ведь платиноцианистый барий был отделён от баллона картонным футляром, и всё-таки лучи икс, испускаемые баллоном, достигли бумаги. Вот и всё, что Рентген знал о лучах икс. И он решил продолжать свои опыты до тех пор, пока неизвестная сила не превратится в известную.