X射线-未知的探索跨越百年
德国物理学家伦琴(Wilhelm Conrad Rontgen) 1895年发现了X射线。1901年他因此获得首届诺贝尔物理学奖。但事情并没有到此而止,恰恰相反,事情才刚刚开始。伦琴的工作揭开了近代物理学革命的序幕。X意味着未知,人类对这一未知射线的探索和应用跨越了百年。
伦琴首先,随着对X射线的理解的不断深入,X射线的应用接二连三地取得。
1895年[德]伦琴发现X射线并获1901年“诺奖”;
1912年[德]劳厄(Max von Laue )发现了X射线衍射并获1914年“诺奖”;
1915年[英]布拉格父子(Sir William Henry Bragg和William Lawrence Bragg)创立了X射线晶体结构分析方法并获1915年“诺奖”;
另一对父子,瑞典的西格班父子也与X射线结缘并分别获得诺贝尔物理学奖。其中父亲的曼尼·西格班(Karl Manne Georg Siegbahn)因X射线光谱学领域的研究与发现获1924年诺贝尔物理学奖,儿子凯·西格班(Kai Manne Broje Siegbahn)因X射线光电子能谱学领域的贡献而获1981年诺贝尔物理学奖。
在各种应用中,X射线结构分析显得异常重要。X射线晶体结构分析方法不断被各个领域移植,而移植的同时又伴随着创新,随之而来的是横跨被诺贝尔物理学奖、诺贝尔化学奖、诺贝尔生理学奖三大奖覆盖的各学科突破。
[英]布拉格父子创立了X射线晶体结构分析方法并获1915年诺贝尔物理学奖;
[英] 霍奇金(Dorothy Mary Cronfoot Hodgkin)利用X光测定了青霉素及维生素B12 巨大分子结构并获1964年化学奖;
[挪威] 哈塞尔(0dd Hassel)用X光测定了典型化合物的结构并获得1969年诺贝尔化学奖;
[英] 克鲁格(Aaron Klug)用X射线衍射和电镜对染色体进行了研究并获得1982年诺贝尔化学奖;
[新西兰] 威尔金斯(Maurice Hugh Frederick Wilkins)测出DNA的X射线衍射图并获得1962年诺贝尔生理学奖。
目前,X射线衍射仪已经成为物质结构实验室的标配。利用这一常规武器,人们还不时有新的发现。
晶体、准晶体和非晶体这三种物质,仅用肉眼是难以分辨的。固体物质是否为晶体,一般用X射线衍射法可予以鉴定。晶体会对X射线发生衍射,而非晶体不会。因此可以通过有无衍射现象来区分晶体和非晶体。至于准晶体,它是一种介于晶体和非晶体之间的固体。用X光也可对准晶体进行结构分析,它和晶体、非晶体的结构截然不同。
[以色列]达尼埃尔·谢赫特曼(Dan Shechtman)教授于1982 年发现准晶体。他在2011 年70 岁时获奖,是该年化学奖的唯一得主。
另外,众所周知是,X光和CT已经成为医院身体检查的常用手段。
2009年英国科学博物馆进行了一项民意调查,评选当代十大发明。结果X光机位列第一。(抗生素盘尼西林(青霉素)位居第二,DNA双螺旋结构的发现排名第三。)
清华大学教授王志华说,“在人类的发明史上,从来都是应用、需求领先,从来都不是技术领先的。”至少在X光领域,这句话是对的。