亚伯舅舅的阁楼上,他教我认识了阴极射线。他有一个强力真空泵,还有一个感应圈--一个约60厘米的圆柱,上面密密缠绕着长长的铜线,放置在桃花心木做的绝缘座上。线圈上有两个可移动的大黄铜电极。线圈一转动,电极间瞬间迸发出巨大的火花,就像小闪电,像是从科学怪人的创造者弗兰肯斯坦博士的实验室跑出来的金蛇。舅舅把电极分开,直到它们无法冒出火花,然后就把它们连接到长约90厘米的真空管上。再把充电的真空管减压,里面就会产生一连串奇怪的现象:先是闪烁的红光,就像北极光,然后是充满整个管子的闪耀的亮光。电压持续下降,光变成一个个亮圆盘。最终,气压降到千分之十的时候,管内就变得漆黑一片,但是末端却开始发出荧光。舅舅说,现在管子充满了阴极射线,小粒子以十分之一的光速飞行,能量非常大,如果和阴极盘相连,就能把一块铂片烧至赤热。我有点儿害怕这些阴极射线(因为我小时候就害怕外科手术中的紫外线),因为它们都是有力的无形的,我想,在黑暗的阁楼里,在看不见的情况下,如果它们从管子中泄露出来并冲击我们,该多恐怖。
亚伯舅舅向我保证说,阴极射线在普通空气中只能传播六七厘米。但是有另一种穿透力更强的射线,是威尔姆·康拉德·伦琴在1895年用这样一个阴极射线管做实验的时候发现的。伦琴把管子用黑色圆柱形卡纸板盖上了,以防止阴极射线泄露,他很惊讶地发现管子每次放电都能使房间另一头的荧光屏闪亮一下。
为了研究这完全意想不到的奇妙的现象,伦琴当下决定放下其他的研究项目,反复做实验,直到确认自己不是错觉。他告诉他妻子,如果他谈论这一现象的时候没有强有力的证据,人们就会说“伦琴疯了”。在接下来的6个星期里,他不断研究这种奇怪的新射线的特性,发现它与可见光不同,很明显,这些射线不能折射或衍射。他测试它们穿过各种固体的能力,发现它们能够一定程度地穿过最普通的东西,且仍能点亮荧光屏。当伦琴把他自己的手放在荧光屏前面时,他很惊讶地看到他手的骨骼可怕的轮廓。同样,木箱子里的金属砝码也在这种射线下变得可见。这种射线比较容易穿透木头和肌肉,但难以穿透金属和骨头。他发现,射线也能使照片底片感光。因此,在他发表的第一篇论文里,加了一张X射线拍的照片(伦琴当时无法确定这种射线的性质,故称之为X射线),也就是他妻子手掌的X光片,她的结婚戒指套在一根手指骨上,清晰可见。
1896年1月1日,伦琴在一个小的学术期刊上发表了他的发现,并附上他最先照的几张X光片。几天内,世界各大报纸都相继转载了这一个发现。这种强烈的反应让害羞的伦琴感到非常恐怖。在第一篇文章之后,同月,他第一次公开作报告,此后他没有再讨论X射线,却开始静静地重拾以前的研究,全神贯注地作这些研究。因为发现X射线,他于1901年获得诺贝尔物理学奖,但他拒绝发表获奖感言。
但是这种新科技的用途很快就广泛传开,X射线设备在全世界范围内很快被装配并用于医疗--用来探测骨折、发现异物、胆结石等。1896年底,出现了一千多篇关于X射线的论文。事实上,伦琴发现的X射线不仅对医学和科学有重大冲击,还令公众大发奇想。人们可以花1或2美元买一张9周大的婴儿的X光片,“显示美丽的骨骼细节,骨化的阶段,肝脏、胃、心脏的位置等等”。
X射线穿透了人们生活中最隐蔽、最私密的部分。精神分裂症患者认为他们的思想能够被X射线读懂或影响,其他人觉得一切都不安全。报上一篇社论发表了惊人的言论:“你能用肉眼看见其他人的骨骼,也要透视20厘米厚的木头,知道后面有什么。不用说,这样被‘看光光’实在丢脸之至。”市面上出现包裹铅皮的内衣,说是以免人们的隐私部位在射线的照射下被人看到了。《摄影》杂志刊出一篇简短的诗歌:
听说,目光因此可以穿透斗篷和礼服,甚至在你下面逗留,
那猥亵的、下流的伦琴射线。
伊扎克叔叔在感冒大流行那段时间曾和我父亲工作了几个月,在第一次世界大战后很快就会使用X射线了。父亲告诉我,有了X光不可思议的力量,叔叔几乎能够诊断最细微的病理变化。
在伊扎克叔叔的诊疗室里--我曾经参观过几次--他给我看了他的一些仪器,并为我介绍了它们的用途。早先的X光机、X射线管是露出来的,现在看不见了,藏在一个有突起的黑色金属盒子里--它看起来相当危险,带有侵略性,就像一只大鸟的喙。伊扎克叔叔把我带到暗房里,观看他刚冲洗出来的X光片。在红光下,我在一张大底片上,隐约看见一个大腿骨那几乎半透明的、美丽的轮廓。他指给我看一处微小的骨折,看上去就像一条灰线。
“你看过鞋店的X光屏吧。”伊扎克叔叔说,“你会看到脚骨的活动,我们也可以使用特殊的显影对比剂来展示人体内其他组织。它是非常不可思议的。”
伊扎克叔叔问我是否喜欢看这些。“你记得斯皮格尔曼先生吗?那个技工。你父亲怀疑他有胃溃疡,把他送到我这里检查。他将要吃一顿钡餐了。”
“我们使用硫酸钡。”叔叔搅动一种黏稠的液体,接着说,“因为钡离子很重,X射线几乎穿不透,因此可作为造影剂。”这一言论激起了我的兴趣,让我想知道为什么不能使用更重的离子来代替。或许能够使用铅、汞或铊“餐”--这些都是相当重的。当然,尽管这种“餐”可能致命。一顿金或铂“餐”或许很有趣,但太贵了。“一顿钨‘餐’怎么样?”我建议,“钨原子比钡更重,且钨既无毒也不贵。”
我们进入检查室,叔叔把我介绍给了斯皮格尔曼先生。他记得他见过我,在一个星期日的早上,我随爸爸出诊。“这是萨克斯医生最小的孩子奥利弗,他想成为一个科学家!”叔叔让斯皮格尔曼先生在X光机和荧光屏之间站好,让他吃一顿钡餐。我们看着荧光屏,斯皮格尔曼先生用勺子把那黏糊糊的东西送到嘴边,扮了个鬼脸,开始吞咽。钡剂穿过喉咙到食道里,吞咽到胃里时,我能看见缓慢的填充和蠕动。我能模糊地看见恐怖的背景上,肺随着呼吸不断扩大和收缩。最令人不安的是,我能看见一个袋子在悸动。叔叔说,那就是心脏。
我有时会想,这射线是不是像另一种感官。我母亲曾经告诉我,蝙蝠会发出超声波,昆虫能看见紫外线,响尾蛇能感觉红外线。但是现在,看着斯皮格尔曼先生的内脏暴露在X光下,我很高兴我的双眼没有X射线的能力。人类天生看不到某些波长的光。
就像戴维舅舅一样,伊扎克叔叔对喜爱之物的理论基础和历史发展有强烈的兴趣,他还有个小“博物馆”,里面有旧的X光机、阴极射线管,还有19世纪90年代用的3支长长的、易碎的射线管。伊扎克说,早期的管子没考虑放射线的防护,那时的人还不了解这种危险。他又说,X射线一开始就展示了它们的危险性:问世才几个月,就有烧伤的消息。消毒剂的发明者,开启无菌外科手术纪元的利斯特早在1896年就有过警告,但是却没人留意。
从一开始就很明显,X射线有巨大的能量,能够产生热能。而且,它们还具有很强的穿透力,但在空气中传播不远。它不同于无线电波,无线电波运用得当,能够以光速越过海峡。而且这些波也具有很大的能量。这种射线是可见光的亲戚,但很奇特,能让人形销骨毁。我想知道,这些奇怪的、有时甚至有点危险的射线是否给了小说家威尔斯灵感,因为他在X射线发现仅两年后发表的《星球大战》中写到危险的热射线。威尔斯写道,马汀热射线是“一束光的幽灵”,“一根不可见的却激情燃烧的手指”,“一柄不可见的、直捅心脏之剑”。用抛物镜反射出来的热线,能熔化铁、玻璃,让铅块变成液体,让水爆炸在刹那间化为水蒸气。威尔斯又说,它穿过乡村的小道,就像光一样迅速。
X射线出现后,这种透视人体的利器用得很广,潜藏的伤害不小,然而激发出很多想象。物理学家亨利·贝克勒尔也因此有了一连串灵感。贝克勒尔在光学研究领域已经非常著名,荧光物质的研究更是家学渊源,打从祖父开始,这一家人已投入了60年的心血。早在1896年,当他第一次听说伦琴的X射线不是由阴极放射出来,而是阴极射线撞击真空管端的荧光点发射出的事实,产生了强烈的兴趣。他???,不可见的X射线是否是伴随可视磷光散发出来的一种能量?是否X射线在发射时就会产生磷光?
没有任何物质比铀盐发出的荧光更亮。贝克勒尔拿了一点硫酸铀钾,把它放在太阳底下暴晒几小时,下面垫上用黑纸包起来的底片。他很高兴地发现底片感光,因为阳光果然使铀盐发射出与X射线类似的射线,它穿透了纸,这样就很容易地得到了一张X光片。
贝克勒尔想要重复他的实验,但是不巧正值巴黎的冬天,天气阴暗,他不能把铀盐暴露在太阳底下,就把这些实验材料放在抽屉里,中间放了一个铜的十字架。一个星期后他冲洗了这张底片--不知是偶然还是预兆?不管怎么样,他冲洗了这张照片。他发现底片感光正如阳光照射,并清楚显现出铜十字架的轮廓。
贝克勒尔发现了一种全新的、比伦琴射线更神秘的力量。铀盐放射线足以使底片感光,而无需阳光或X射线的照射,似乎也无需其他外来能量。他的儿子后来写道,贝克勒尔因这个发现而“呆若木鸡”--就像伦琴当初发现X射线时的反应。但是随后,就像伦琴一样,他向种种不可能发起挑战。他发现,尽管铀盐被放在抽屉里两个月,射线还是保留它所有的能量,它们不仅能使底片感光,还可使空气导电,使原本带电的物体失去电荷。使用验电器就可非常灵敏地测量贝克勒尔射线的强度。
通过研究其他物质,他发现这种力量不仅铀盐拥有,不会发射磷光或荧光的任何含铀物质都有。另一方面,硫化钡、硫化锌和其他能发磷光或荧光的物质却没有这种特性。因此“铀射线”与磷光或荧光没有关系,只与铀元素有关。与X射线一样,它们有穿透不透明材料并发光的巨大力量,但是与X射线不同的是,它们很显然是元素自己发射出来的。那它们是什么呢?铀是如何持续放出这些射线,且每次都持续几个月并没有任何明显的减少呢?
亚伯舅舅鼓励我在自己的实验室重做贝克勒尔的实验,并给了我一块富含二氧化铀的沥青铀矿。我用书包把这一大块有点分量的沥青铀矿用铅箔包好带回了家。沥青铀矿被我从中间分成了整齐的两部分来显示它的结构,我把切割面平放在底片上--我要求伊扎克叔叔给了我一片特殊的底片,然后把它裹在黑纸里。三天后,我把底片带给叔叔冲洗。当伊扎克叔叔把冲好的底片放到我面前时,我欣喜若狂,因为矿物中的放射亮光显现出来了。没有底片,人们永远都不敢想象里面存在放射线和能量。
我浑身发抖,因为那时摄影正在变成一种嗜好,而且现在我拥有了第一张用不可见射线拍摄的照片!我读到过,钍是放射性的,也知道煤气灯的纱罩里包含这种元素。我把家里那精致的富含钍的纱罩打开,仔细地把它放在另一张X光底片上。这次我等的时间要更长一点,两周后,我得到一张漂亮的“放射线自体显影照”,纱罩的细致的质地已经被钍射线显现出来。
尽管铀自18世纪80年代就为人所知,它的放射性却在一个多世纪以后才被发现。如果18世纪有人偶然把一片沥青铀矿放在带电莱顿瓶或一个验电器附近,或许就会有惊人的发现。19世纪中叶,也许有人把一片沥青铀矿或是其他铀矿石或铀盐放在了底片旁边,也能有此发现(这个事实上发生在一位化学家身上,但他并没意识到发生了什么,他把底片送到制造商那里,并留了一张很愤怒的纸条说,底片被损坏了)。然而,如果它早就被发现了,就可能被看做是让人好奇的东西,一个怪物、畸形,它的重要性可能被忽视。如果没有知识背景,它的发现可能有点过早。事实上,当放射性最终于1896年被揭示时,起初只有一点反应,几乎没有人了解这种现象的非凡意义。相对于伦琴发现的X射线,它没有迅速引起公众的注意,贝克勒尔发现的铀射线实质上被忽视了。
在我少年时代,各地的鞋店都装备有X光屏,这样人们能够看见自己的脚是否适合新鞋子。我喜欢这些机器,因为人们能够摆动自己的脚趾,看看那些分开的骨头和谐地移动,肌肉和皮肤几乎透明。
牙医尤其危险,他们总是在病人的嘴里使用小的X光片,往往一次就要好几分钟,因为那时的感光剂感光非常缓慢。很多牙医因为总将他们的手指暴露在X射线下,而出现病变。
亨利·贝克勒尔的祖父安托万·埃德蒙·贝克勒尔,曾经在19世纪30年代就以磷光为主题进行了一系列的研究,并发表了第一张磷光光谱的图片。安托万的儿子亚历山大·埃德蒙,曾经协助过父亲的研究,并发明了一个“磷光镜”,这让他能够测量到磷光,精确到千分之一秒。他写于1867的书《光线》,是探讨磷光和荧光的第一本较全面的论著(在接下来的半个世纪里无人可比)。