威廉·康拉德·倫琴

威廉·康拉德·倫琴

威廉·康拉德·倫琴(德語:Wilhelm Röntgen,1845年3月27日-1923年2月10日),德國物理學家。 1895年11月8日發現了X射線,為開創醫療影像技術鋪平了道路,1901年被授予首次諾貝爾物理學獎。這一發現不僅對醫學診斷有重大影響,還直接影響了20世紀許多重大科學發現。例如安東尼·亨利·貝克勒爾就因發現天然放射性,與居里夫婦共同獲得1903年的諾貝爾物理學獎。到今天,為了紀念倫琴的成就,X射線在許多國家都被稱為倫琴射線,另外第111號化學元素Rg也以倫琴命名 。

基本信息

人物生平

家世背景

1845年3月27日威廉·康拉德·倫琴出生於德國萊茵州萊耐普城(Lennep)。父親是一個毛紡廠小企業主,母親是一個心地非常善良的荷蘭人,他是獨生子   。

少年時期

1848年,當倫琴三歲時父親把自己的企業搬到了荷蘭的阿佩爾多恩,倫琴進入了當地的一家私立學校學習,在學校里他沒有表現出任何特殊的才能,父母起初是希望他成為商人,然後作為獨生子繼承父親的呢絨事業,但命運並沒有按照父母的意願去安排。

1862年年底,倫琴進入烏德勒支一所技術實科學校,在這裡因被誣告畫了一位教師的漫畫而被不公正地開除學籍,事實上漫畫是別人畫的,這一事實使他最終失去參加中學畢業證書考試的機會,對他順利進入大學設立了一道障礙。

1865年年初,在舅舅的幫助下,倫琴以旁聽生的身份進入烏得勒支大學,選修了哲學和幾門自然科學課程;其中有巴洛特(Balech)講授的數學分析,里斯(Rise)講授的物理學,為了能進入大學深造,他去了瑞士的蘇黎世,那裡不需要中學畢業證書,但對那些沒有中學畢業證書的人規定要進行一次專門的入學考試,但當倫琴面試後免去了入學考試,並於1865年11月進入蘇黎世工業大學學習機械工程。   1869年以論文《氣體的特性》獲蘇黎世大學哲學博士學位。

師從名師

蘇黎世工業大學有許多著名的教授,對廣義相對論的形成起了很大作用的克利斯托維爾(Cristowell)和在熱力學方面做出了卓越貢獻的克勞修斯(Clausius)都在這裡任教,倫琴跟隨克勞修斯學習熱力學課程。

克勞修斯1868年離開蘇黎世工業大學受聘為維爾茲堡大學教授,接著是孔特(Kundt1839_1894)繼任;孔特;這位柏林大學著名教授馬格努斯(Magnus)的學生,當時才29歲,1866年因發明用粉塵圖形測量聲速的方法而名聲大振,他那敏銳的洞察力和非凡超群的實驗才能,使他很快進入了19世紀德國第一流的實驗物理學家的行列,孔特教授在課堂上總是板著面孔,嚴肅認真;講課條理清晰,深入淺出,富有吸引力,實驗講究程式,注重方法,追求精確性,他在學生中以毫不留情,嚴格要求而著稱,倫琴開始聽孔特主講的光的理論課程,並在孔特的實驗室里做關於氣體的種種不同屬性的實驗,倫琴對孔特老師特別尊重,把孔特老師奉為自己的人生楷模。  

1868年8月6日,倫琴由於畢業成績優異,破格提前獲得了機械工程師的資格證書,並成為孔特主持的實驗物理研究所的助手,孔特老師事必躬親,言傳身教,並對倫琴特別信任和厚愛,在協助孔特實驗半年後,倫琴開始獨立選定了他一直在關注“空氣的比熱”問題的課題,這是克勞修斯教授所探討過的。  

1857年克勞修斯在他的著名論文《論熱運動形式》中,初步討論了比熱理論,但是還沒有人精確地測出定容比熱和定壓比熱的比值,倫琴準備完善克勞修斯的熱力學理論,他在孔特老師的支持下於1869年6月22日以《各種氣體的研究》的傑出論文獲得哲學博士學位,並成為了蘇黎世工業大學的助教,他的學位論文的評語中寫道:倫琴先生“在數學物理學方面具有豐富的知識和表現出獨立的創造才能”。  

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簽名 簽名

1869年,在維爾茨堡大學任物理學教授的克勞修斯接受了波恩大學的邀請;維爾茨堡大學極力聘請孔特接替克勞修斯的職務。1870年,孔特接受這一職務並邀請倫琴一同前往。  

1871年隨他到維爾茨堡大學和1872年又隨他到斯特拉斯堡大學工作。

1872年隨孔特到斯決司堡大學並升任講師和副教授。

1879年由於傑出的研究工作在濟森大學取得了教授職銜。在這裡主要是研究“光”和“電”的關係。

1888年又回到了威茨堡麥米倫大學,繼孔特之後,任物理研究所所長。

出任校長

1894年被選任威茨堡麥米倫大學校長。這時歐洲的物理學家們和倫琴都在研究真空放電現象和陰極射線。倫琴在克魯克斯高度真空管通高壓電流時看到陰極射線,電子碰在管壁上發生藍白色的螢光,還發現玻璃管外也有螢光。於是便產生疑問,或許這是一種肉眼看不見的未知射線。只有真正工作細心、認真踏實的人才能注意並進一步去探索這種細微的變化。

發現X線

第一張X光片 第一張X光片

1895年11月8日夜晚,倫琴發現了一個意外的現象:他在繼續實驗時為防止紫外線和可見光的影響,不使管內的可見光漏出管外,用黑色硬紙板把放電管嚴密封好,在接上高壓電流進行實驗時,他發現1米以外的一個塗有氰化鉑酸鋇的螢光屏發出微弱的淺綠色閃光,一切斷電源閃光就立即消失,這一發現使他十分驚奇,他全神貫注地重複實驗,把螢光屏一步步移遠,即使在2米左右,屏上仍有較強的螢光出現,當他帶著這張塗料紙走進隔壁房間,關上門,拉下窗簾,螢光屏在管子工作時仍繼續閃光。當時,倫琴確信,這一新奇的現象是迄今為止尚未觀察過的。  

在1895年最後的幾個星期中,他沒有對任何人講述過自己的觀察,無論是協作者,還是同行,倫琴獨自工作,以便證實這個偶然的觀察是確定的事實,然後他又用木板、紙和書來試驗,這些東西對它來說都是透明的。作為一位謹慎的研究者,倫琴當時感受到的是新的、尚未經歷過的東西;他希望在提出“完美無暇的結果”   之後才去享受這突如其來的幸福,像倫琴後來所說的那樣,這突然降臨到他頭上的“偉大的命運”   。在七個星期之內,這位科學家獨自在自己的實驗室里研究新的射線及其特性,為了排除視力的錯覺,他利用感光板把他在光屏上觀察到的現象記錄下來,他甚至吩咐給他把飲食帶到研究所去,並在那裡安放了一張床鋪,以便無須中斷利用儀器、特別是利用水銀空氣泵進行的研究工作。  

1895年12月22日晚上,他說服他的夫人充當實驗對象,當他夫人的手放在螢光屏後時,她簡直不敢相信,螢光屏上這隻有戒指和骨骼畢露的造影就是她自己的手,這種實驗對倫琴夫人,也像以後對許多人一樣,仿佛產生了一種死亡的徵兆。  

倫琴深信他的觀察是證據確鑿的,他確信自己已發現了一種新的神秘射線;1895年12月28日,他給維爾茨堡物理學醫學學會遞交了一份認真、簡潔的通訊,題目為《一種新的射線,初步報告》,那時的倫琴對這種射線是什麼確實不了解,這就是他在第一個通報中按代數上的未知數符號“X”命名的原因,倫琴在發現這種射線後說道:“起初,當我做這個穿透性射線的發現時,它是這樣奇異而驚人,我必須一而再、再而三地做同一實驗,以使絕對地肯定它的實驗存在,除去實驗室中這個奇怪觀象之外,別的我什麼也不知道。它是事實還是幻影?我在懷疑和希望之間弄得精疲力盡,也不想讓其它思想干擾我的實驗”。  

1896年年初,倫琴把他的新發現公之於眾,立即引起了巨大的轟動,其反應之強烈,影響之迅速,實為科學史上罕見。所有研究機構的物理學家都開始仿造倫琴的實驗設備,抓緊時間重複他的實驗,倫琴陸續收到了威廉·湯姆生、斯托克斯(Stokes)、彭加勒(Poincaré)、寇爾勞士、玻爾茲曼(Boltzmonn)等著名科學家的來信,這些熱情洋溢的信都讚揚他為科學做出了極大的貢獻。倫琴曾是科學“普及”的反對者,他擔心科學成就將庸俗化;由於這個原因,他自己從未向廣大聽眾作出通俗普及的報導或報告;1896年1月23日,倫琴在他的研究所舉行了第一次也是唯一的一次公開報告會,在這次的報告會上,倫琴請求用X射線拍攝維爾茨堡大學著名解剖學家克利克爾(Köllicker)的一隻手,克利克爾欣然地同意了這個請求,過了片刻,拍好的乾板經過顯影以後顯示出一位八十歲老人形狀優美的手骨,這時全場響起了暴風雨般的掌聲,克利克爾立即建議把這種射線命名為“倫琴射線”。同年9月舉行的大英科學促進協會年會上,協會主席李斯脫(Lister)提出“按首先明確地向世界揭示它們的人命名”。   後來,著名物理學家羅蘭認為:“應該把`倫琴射線'和`X射線'的名稱並用”   ,這就形成了現在兩種名稱混用的原因,同時把X射線(或γ輻射)的照射劑量的單位稱為“倫琴”。倫琴的這次報告引起了人們廣泛的注意,報告印刷成的單行本在以後若干星期內出版了五次;它還被譯成了英文、法文、義大利文和俄文。  

1895年12月28日倫琴把《關於一種新的射線》為題的論文送交威茨堡物理學會和醫學協會會長手裡,他以嚴密的文筆,將7個星期的研究結果,寫成16個專題。這年正是倫琴50年華誕。這是他為人類奉獻的一份最珍貴的禮物。

工作中的“倫琴” 工作中的“倫琴”

次年1月5日論文副本在《維也納日報》星期版的頭版頭條作了詳細的報導。這一偉大的發現立即傳遍了全世界。1月13日下午5時,倫琴應邀在德皇威廉二世和皇后御前作講演和表演,德皇與他共進晚餐並授予二級寶冠勳章和勛位,並批准在波茨坦橋旁為他建立塑像的榮譽。1月23日在再作了公開演講後,他的好友柯立卡,一位解剖學教授建議以“倫琴線”命名此新射線作為紀念,大學生也於當晚舉行了火炬遊行以示慶祝。但倫琴說:“假如沒有前人的卓越研究,我X線發現是很難實現的”。謙虛的態度、高尚的品格,倫琴不愧是我們光輝的楷模。

1900年任慕尼黑大學物理學教授和物理研究所主任。

諾貝爾獎

倫琴近照 倫琴近照

1901年他成為諾貝爾獎金第一位物理學獎金獲得者,他立即將此項獎金轉贈威茨堡大學物理研究所為添置設備之用。此後根據不完全統計,他生前和逝世後所獲得的各種榮譽不下於150項,若對倫琴的成就作出估價是很困難的。

倫琴的工作是在簡陋的環境中完成的。一個不大的工作室,窗下是張大桌子,左旁是個木架子放著日常用品,前面是個火爐,右旁放著高壓放電儀器,這就是人類第一次進行X線試驗的地方。倫琴一生謙虛謹慎,從不居功自傲,他以一個普通成員的身份進行教學和科研工作。他的X線研究工作從當前的水平來看,已非常完整。他謝絕了貴族的稱號,不申請專利,不謀求贊助,使X線的套用得到迅速發展和普及。

自1540-1895年間對X線的發現有關的科學家有25位,其中有波爾、牛頓、富蘭克林、安培、歐姆、法拉第、赫茲、克魯克斯、雷納德等,倫琴在他們的基礎上加上自己的努力探索終於取得了成功。

墓

1923年2月10日在慕尼黑逝世   。

主要貢獻

倫琴正面近照 倫琴正面近照

倫琴一生在物理學許多領域中進行過實驗研究工作,如對電介質在充電的電容器中運動時的磁效應、氣體的比熱容、晶體的導熱性、熱釋電和壓電現象、光的偏振面在氣體中的鏇轉、光與電的關係、物質的彈性、毛細現象等方面的研究都作出了一定的貢獻,由於他發現X射線而贏得了巨大的榮譽,以致這些貢獻大多不為人所注意。

1895年11月8日,倫琴在進行陰極射線的實驗時第一次注意到放在射線管附近的氰亞鉑酸鋇小屏上發出微光。經過幾天廢寢忘食的研究,他確定了螢光屏的發光是由於射線管中發出的某種射線所致。因為當時對於這種射線的本質和屬性還了解得很少,所以他稱它為X射線,表示未知的意思。同年12月28日,《維爾茨堡物理學醫學學會會刊》發表了他關於這一發現的第一篇報告。他對這種射線繼續進行研究,先後於1896年和1897年又發表了新的論文。

1896年1月23日,倫琴在自己的研究所中作了第一次報告;報告結束時,用X射線拍攝了維爾茨堡大學著名解剖學教授克利克爾一隻手的照片;克利克爾帶頭向倫琴歡呼三次,並建議將這種射線命名為倫琴射線。

倫琴射線是人類發現的第一種所謂“穿透性射線”,它能穿透普通光線所不能穿透的某些材料。在初次發現時,倫琴就用這種射線拍攝了他夫人的手的照片,顯示出手骨的結構。這種發現立即引起很大的轟動,為倫琴帶來了十分巨大的榮譽。1901年諾貝爾獎第一次頒發,倫琴就由於這一發現而獲得了這一年的諾貝爾獎物理學獎。

倫琴的原始論文《一種新的X射線》在50天后也就是1895年12月28日被出版。1896年1月5日 奧地利一家報紙報導了倫琴的發現。倫琴發現X射線以後,維爾茲堡大學授予他榮譽醫學博士學位。在1895年到1897年間他一共出版了總計3篇關於X射線的論文。倫琴治學十分的嚴謹,到如今為止還沒有發現他的學術論文裡面存在錯誤。

X線影響

X射線診斷開創醫療影像技術的先河。1895年,德國物理學家威廉·康拉德·倫琴發現了X射線,為人類利用X射線診斷與治療疾病開拓了新途徑,開創了醫療影像技術的先河。但是第一批X射線照相機發出的X射線很弱,曝光進一小時才能成像,且對醫生的身體健康有影響,所以為了使醫生可以更清晰對人體內臟器官的病灶和症狀進行觀察、更好地對症下藥,迅速、徹底地解除病人的痛楚,同時保護醫生的健康。世界各國科學家孜孜不倦的對醫療影像技術進行著研究和改進。

20世紀70年代中期,電子計算機的套用為醫療影像帶來了第一次革命性的創新,結合了電子計算機技術的第一台醫療影像設備——CT掃瞄器誕生了!利用電子計算機X射線斷層成像(CT),可以更好的分辨人體內部結構圖像,大幅提高了疾病診斷的準確性,成為為20世紀醫學診斷領域所取得的最重大的突破之一。此後,醫療影像技術迅猛發展,核磁共振成像(MRI)、計算機放射成像(CR)、數字放射成像(DR)、發射式計算機斷層成像(ECT)等各種數位化醫療影像新技術不斷湧現,組成了功能強大的放射成像信息系統(RIS),成為醫療診斷必不可少的重要基石。電子計算機技術的發展、普及及其它在醫學中的套用日益廣泛,最終形成了一門多學科交叉的新興學科——醫藥信息學(Medical Informatics),而醫藥信息學在醫學套用中的最大領域就是醫院信息系統(Hospital Information System,HIS)。HIS使用計算機和通訊設備採集、存儲、處理、傳輸和輸出門診、住院患者醫護和管理信息,包括臨床輔助科室的信息,形成網路系統,實現信息共享,提高醫院工作質量和效益。在世界已開發國家的大醫院裡,早在20世紀80年代初期就建成了完善的HIS,實現了現代化醫療管理。隨著HIS的快速發展,傳統的醫療影像資料和數據的存儲和處理方式已經不再滿足需要,於是在歐洲、美國等已開發國家在80年代中期開始研究更先進的醫學影像存檔及通訊系統(PACS),並於90年代初期與RIS組成PACS/RIS陸續套用到HIS之中。以數位化醫療影像技術為基礎,建立PACS/RIS,完善HIS,構成了當今世界數位化醫療的新格局。在這股洶湧而來的數位化醫療浪潮中,而柯達公司正是這股浪潮中提供高新科技的先軀,其實,柯達公司在1976年就開發出了數字相機技術,並將數字影像技術套用於航天領域,在數字影像領域積累了雄厚的技術實力。

X線套用

1896年X線便套用於臨床醫學,第一次在倫敦一婦女手中的軟組織中取出了一根縫針。身體的任何部位、組織、器官都可以用X線顯示並發現異常。

主要影響

受倫琴的影響,1896年亨利·貝克勒在發光材料的試驗中偶然發現了一種新射線的穿透性。這樣倫琴的發現間接地影響了放射性的發現。因為該發現1903年貝克勒和居里夫人被共同授予諾貝爾獎。

倫琴射線直到今天最重要的套用領域仍然是醫學診斷。用於診斷的射線強度已被大大降低,同時診斷結果可以顯示更清晰的細節。在現代數位技術的幫助下,倫琴射線診斷已經可以提供人體內部三維圖像。除了在醫學上,倫琴射線還套用在微觀世界的觀察和對太空的研究。另外一個倫琴射線的重大套用領域是材料無損探傷。使用倫琴射線可以檢測出金屬材料和焊接部位的內部缺陷。

他用雙手開闢了向原子物理學進軍的道路,醫用放射學從此誕生並得到了發展,給人類帶來了幸福。 倫琴畢生從事偉大的科學研究事業,他作風嚴謹,虛心好學,誠懇待人,刻苦鑽研,專心致志,堅持不懈,歷盡艱辛完成他的理想,這就是他留給我們最寶貴的遺產 迄今為止最重要的化學元素111舉行命名儀式,正式將其命名為“錀”(Rg),以紀念發現倫琴射線的第一位諾貝爾物理學獎獲得者威廉-倫琴。化學元素111是德國重離子研究中心西爾古德·霍夫曼教授領導的國際科研小組在1994年首先發現和證實的。

2003年,國際化學聯合會正式承認了該研究中心首先發現了化學元素111,並在2004年接受了將其命名為Rg的建議。在物理學家倫琴發現倫琴射線111年之際,位於德國達姆斯施塔特的重離子研究中心舉行儀式,正式將化學元素111命名為“錀”。

人物評價

倫琴的發現不僅對醫學診斷有重大影響,同時也影響了20世紀許多重大科學成就的出現。

倫琴他在科學上的最大貢獻是發現X射線,後來也有人稱為倫琴射線。X射線的發現給現代物理學提供了一種新的研究手段,在光電效應研究、晶體結構分析、金相組織檢驗、材料無損探傷、人體疾病的透視與治療方面都具有廣泛的用途。倫琴因發明X射線而聞名於全世界,1901年獲得了第一屆諾貝爾物理學獎。還獲得普魯士二級王冠勳章、英國皇家學會倫福德獎章、哥倫比亞大學巴納德獎章等。倫琴於1923年去世,他一生在物理學許多領域都進行過研究,50年中共發表50多篇論文。

後世紀念

倫琴獎金(具體內容參見詞條: 倫琴獎金)

1974年韋茨拉爾的阿圖爾·普法伊費爾股份有限公司和霍伊歇爾海姆-吉森的順克·埃貝股份有限公司共同設立了“倫琴獎金”,倫琴獎金以德國物理學家威廉·康拉德·倫琴的姓氏命名,是為了紀念他對現代物理學作出的巨大貢獻,這兩家公司為倫琴獎金一直擔保了6年(到1980年),該獎是由德國吉森尤斯圖斯·利比希大學頒發,每年頒發一次,獎金金額為5000馬克,主要授予年青科學家(可授予一人,也可由幾人分享),獎勵他們在放射物理學與放射生物學領域基礎研究中所寫的優秀論文或其它形式的傑出貢獻。

倫琴衛星(具體內容參見詞條: 倫琴衛星)

1990年6月1日倫琴衛星用德爾塔II型火箭在美國卡納維拉爾角發射升空,這是德國、美國、英國聯合研製的一顆X射線天文衛星,為紀念發現X射線的德國物理學家倫琴而命名,1999年12月12日倫琴衛星停止工作。

倫琴射線(具體內容參見詞條: 倫琴射線)

為了紀念倫琴的成就,X射線在許多國家被稱為倫琴射線。

化學元素(具體內容參見詞條: 錀)

第111號化學元素錀(Roentgenium (Rg))也以倫琴命名。

倫琴紀念碑

在倫琴的祖國,德國有許多以倫琴命名為學校,街道和廣場。由於倫琴在物理學的傑出成就,在德國的吉森市,柏林市和倫琴的出生地倫內普(Lennep)(雷姆沙伊德)都建有倫琴紀念碑。   

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