伦琴发现X射线，凭实力还是运气？

摘要：威廉·康拉德·伦琴（Wilhelm Conrad Röntgen，1845年3月27日—1923年2月10日）生于德国西南部伦讷普（Lennep）市一个布匹商人家庭，母亲是荷兰人。

导读：

伦琴貌似仅凭运气发现了X射线，并因此成为第一位诺贝尔物理学奖获得者。但从他的学术经历来看，他是凭相当的实力抓住了运气。

今年的3月27日是伦琴诞辰180周年。《赛先生》特约撰稿，介绍这位低调的科学家。

瞿立建 | 撰文

陈晓雪 | 编辑

威廉·康拉德·伦琴（Wilhelm Conrad Röntgen，1845年3月27日—1923年2月10日）生于德国西南部伦讷普（Lennep）市一个布匹商人家庭，母亲是荷兰人。

为了躲避1848年革命的动乱，伦琴一家迁往荷兰。

伦琴出生在这栋房子里。图源：wikicommons

伦琴于1862年入读荷兰乌特勒支市一所技术学校。这是父亲对他的期望：学会一点实用技术，将来接手自己家的生意。

1864年一天，班里一位调皮的学生画了一幅搞怪的画，画的是同学们不喜欢的一位老师。同学们都叽叽喳喳围着看，突然听到老师的脚步声，便快速回到自己座位上，只有伦琴浑然不觉，还沉浸在画作之中。这位老师看到画后，勃然大怒，要伦琴交代谁画的画，伦琴拒绝出卖同学。这个事件竟然闹到伦琴因此被校方开除的地步。

开除的后果非常严重，没有这所技术学校的毕业证书，就没有资格申请大学。

伦琴在荷兰租住的房子的外墙贴的纪念伦琴的瓷砖，2005年铺贴。图源：wikicommons

伦琴不想回家做生意，而是想继续自己的学业。他不能正式上大学，于1865年1月在乌特勒支大学注册为旁听生。

伦琴在乌特勒支大学做旁听生期间出版了自己第一本书。这是他在技术学校读书时所用的无机化学教科书的习题解答，而当时他正好寄宿在这本教科书的作者家里，二人便合作出版了这本书。

伦琴在1865年出版的第一本书，一本无机化学教科书的习题解答。图源：https://roentgenmuseum.de/

伦琴在乌大认识的一位同学告诉他：瑞士苏黎世联邦理工学院不看中学文凭，只看入学考试成绩。

伦琴很高兴，马上着手申请苏黎世理工，申请信中特别强调了自己的数学成绩优异。结果，他眼睛却染了病，没法去考试。伦琴的运气好到爆棚，他的申请信落在机械学院一位教授手里，这位教授向学校提出，这个学生眼睛染病不便考试，但足够优秀，且已在大学旁听了一年的课程，就免试录取吧。伦琴真就被免试录取了。

1865年11月，伦琴入读苏黎世理工机械工程专业，1868年以优异的成绩毕业。接着，伦琴入读苏黎世大学，于1869年获得博士学位。一年就能拿到博士学位倒不是因为伦琴天才，而是因为当时的博士学位只需要一篇论文即可。伦琴的论文虽不像他的学弟爱因斯坦的论文那样具有非常重大的科学意义，但也不是一篇水文，研究的课题在当时是热力学中非常关心的问题。这篇论文是伦琴从工程师转向科学家的里程碑。

伦琴在苏黎世居住的学生公寓，纪念牌安装于1922年。图源：Springer

从助手到校长

伦琴获得博士学位后，被苏黎世联邦理工的老师奥古斯特·孔特（August Kundt）延揽做助手。伦琴修过孔特教授的课程，博士论文的很多实验是在孔特教授的实验室完成的，二人合作地相得益彰。

孔特教授看到伦琴有成为杰出物理学家的潜质。他让伦琴做的第一项重要工作是测量空气的热容比。当时一位很有名的实验物理学家刚发表了测量结果，给出的值是1.3，而热力学理论值为1.4。伦琴通过更精密的实验确定了1.4这个结果。

1870年，孔特教授跳槽到了德国维尔茨堡大学，将伦琴也带了过去。伦琴醉心于物理实验研究的同时，苦恼自己的职业前景。他由于没有中学毕业证书，因此不能做无薪讲师，这是一般人在学术界做研究的第一个职位。他的新婚妻子对他说：“讲师比助手伟大吗？不做讲师不能做研究吗？”妻子的话舒缓了伦琴的情绪，他重新变得开朗。

奥古斯特·孔特（August Kundt，1839年11月18日—1894年5月21日，德国实验物理学家，伦琴的伯乐。）

孔特也为伦琴的职称问题奔走，但一无所获，学校当局油盐不进。孔特只好考虑带着伦琴跳槽，联系能解决伦琴职称问题的大学。

1872年4月，孔特带着伦琴转投威廉皇帝大学，这是德国新组建的大学，位于德国通过普法战争从法国割让来的阿尔萨斯-洛林的首府斯特拉斯堡。新大学设备优良，气氛自由，伦琴焕发活力。两年后，伦琴凭借所积累的研究工作，成为无薪讲师。这下，学术生涯晋升的第一个重要障碍就不存在了。伦琴豪情满怀，准备在科学研究中取得更大成就。

1875年，伦琴收到霍恩海姆农学院的任教邀请，担任物理学和数学教授。伦琴对此很激动。伦琴征求孔特的意见，孔特说，跳级成为教授，好事，去吧。孔特还向伦琴叮嘱一些为人处事的道理。

伦琴到了霍恩海姆农学院之后不久就后悔了。校园里飘荡着发酵池发出的酒精味，校舍是木制建筑，他的实验室里只有一张桌子，即便自己制作仪器也不行，因为没有任何工具。伦琴满心要在这里独自开展研究工作，如果做不了研究，来这里有何意义呢？

一年后，伦琴向孔特老师求助，孔特老师回信：这里有一个副教授职位，如果不介意，就回来做副教授吧。伦琴毫不犹豫接受了。

伦琴浮躁的内心回归平静，与老师孔特一起深耕光和电之间的关系的研究。伦琴与孔特发现，气体也有法拉第效应，即磁场可以改变偏振光的偏振方向，伦琴师徒的观测是实验物理大师法拉第都未能做到的。

伦琴回归斯特拉斯堡，降职减薪，但他的妻子没有怨言，只是困惑：为什么做些没有用的研究，为什么不像爱迪生那样研究电灯、留声机等有用的东西，顺便还挣钱？

伦琴解释说：“现在有用的东西，要是追究其根源的话，大概开始的时候，也是从没有用处的基础研究开始的。”

孔特教授告诫伦琴，无论怎样努力探索真理，生活也不一定能够富裕起来，这就需要家庭的温暖和理解。伦琴的妻子虽不理解丈夫的研究，但非常支持他的工作。

1879年，伦琴的教授梦终于要实现了，这个职位来自吉森大学。伦琴不忘霍恩海姆农学院的教训，对实验室硬件提出要求，吉森大学全部同意。

吉森大学矗立的伦琴纪念碑，1962年设立。图源：wikicommons

在吉森大学期间，伦琴做出的最重要的工作是通过实验证实了麦克斯韦预言的位移电流，这是伦琴自认为自己最重要的工作，比后来他发现的X射线还重要。伦琴的这一实验，让麦克斯韦凭想象和洞察力提出的位移电流有了实验基础，电磁学大厦的一切都有了稳固基石。

1888年，伦琴收到乌特勒支大学的任教邀请。回想到自己当年想在那里求学而不得，那里请自己任教，伦琴心里颇为得意，但坚决拒绝了这个邀请。

不久，曾经让伦琴伤心的维尔茨堡大学也发来了任教邀请，这一次伦琴却高兴地接受了，因为他有一众好友在那里执教，当年难为他的那些人也都已退休。

伦琴任维尔茨堡大学新成立的物理研究所所长，但继续学术研究，并声誉日隆。1894年1月，他就任该校校长。

1895年年末，伦琴做出了他人认为最重要的科学发现——X射线。

X射线的发现

自1894年6月起，伦琴开始研究阴极射线，这在当年是一个非常热门的研究方向。

什么是阴极射线？

在一个玻璃管里装上阴极和阳极两个电极，加上高电压，玻璃管内会发出光来，光的颜色与管内是什么气体有关。但是，把空气慢慢抽出来，管内的光线会渐渐消失，而在阴极的对面玻璃管壁上出现了绿色荧光。科学家们研究发现，这种绿色荧光是阴极发射出来的一种不可见的射线造成的。这种射线叫做“阴极射线”，这些发光的管子叫“阴极射线管”。

阴极射线管。图源：wikicommons

要对阴极射线进行更深入的研究，需要将阴极射线引到管外，德国物理学家菲利普·冯·莱纳德（Philipp von Lenard）在1894年做到了这一点。他发现，将封闭管口的石英板可以用很薄的铝箔代替，既可以保持管内的真空，还可以让阴极射线穿过铝箔。阴极射线在空气中只能传播几厘米的距离，且可以用一张纸轻松阻挡。

菲利普·冯·莱纳德（Philipp von Lenard，1862年6月7日—1947年5月20日，因阴极射线研究获得1905年诺贝尔物理学奖）改进的阴极射线管，阴极射线可以从穿过图中W处铝箔而走向管外。图源：wikicommons

伦琴采购了一套精良的阴极射线装置，开始了研究。他花了几个月的时间重复别人已发表的工作，对阴极射线各种性质了然于胸。

1895年11月8日晚，伦琴一个人来到了实验室。他用黑纸包住阴极射线管，不使里面的光露出来，关上实验室的灯，拉上了窗帘，实验室里漆黑一团。他打开阴极射线管电源，安静的实验室里只有变压器发出的嗡嗡声。

伦琴注意到，附近实验台上一个地方发出了微弱的亮光。他走过去，点燃一支火柴，看到那里有一张一张涂有荧光物质的卡纸。伦琴感到很惊奇，这张卡纸距离阴极射线管1米多远，不应该受到阴极射线影响，因为阴极射线在空气中只能传播几厘米远。伦琴将卡纸四处移动，一直能发出亮光，似乎只有一种解释，阴极射线管里发出一种传播距离更远的未知射线。

随后几周里，伦琴完全被这个神秘的现象迷住了，吃饭、睡觉都不离实验室。

伦琴还在实验中偶然看到了自己的手的骨骼的阴影。

伦琴紧张工作几周后，开始写论文。他要在论文里用上自己手的骨骼的照片，但一直没拍出满意的照片来，便叫来自己的妻子来到实验室，拍下了妻子的手骨的照片。这张骨骼照片令伦琴妻子惊惧不已。

伦琴妻子的手的X光照片，手指上的一团黑影是戒指。图源：wikicommons

1895年12月28日，伦琴将论文投稿本地一家期刊，维尔茨堡物理医学会的刊物Sitzungsberichte，请求快速发表出来。伦琴知道自己的发现意义重大，且貌似技术难度不高，快速发表不被别人抢发比发表在更有名的期刊上更紧迫。

伦琴在论文中将新发现的射线命名为“X射线”。在数学里，把未知数习惯上叫做“X”。这是新发现的尚未弄清楚性质的光线，叫做“X射线”，伦琴觉得再合适不过了。

1896年新年，伦琴亲自到邮局，向90多位物理学家寄出了自己的论文预印本。寄完信，伦琴对妻子说：“我们有麻烦了。”

成为名人

伦琴发往维也纳的论文预印本一番流转，被奥地利《新闻报》一位编辑获取，他写了篇报道，发表在1896年1月6日的头版。报道称，德国科学家做出一项令人惊叹的发现，不用动手术，就能看清身体内部。这项报道迅速传遍德国。1月16日，这条新闻传到了美国。伦琴的发现在全世界引起轰动。

伦琴的论文迅速被译成多种文字，在全世界的科学家之间流传，各国的实验室重复并确认了伦琴的发现。伦琴发现的早就出现在多个实验室里，可惜没有被敏锐地捕捉到，那些错失发现者只能摇头叹息。

新闻记者蜂拥来到维尔茨堡大学，连实验室技工都被采访谈一谈新的射线。

这则新闻也引起了德国皇帝威廉二世的兴趣，他把伦琴请到皇宫，为他讲解。1月13日，伦琴为皇帝、皇后、政府高官们做了演讲，并当场进行了演示。皇帝授予伦琴一枚勋章——普鲁士第二级宝冠勋章。

1月23日，伦琴在维尔茨堡大学向公众做了一次演讲。听众有学生、市民，还有本地官员、士绅、记者等。伦琴身着礼服，侃侃而谈，但风格类似讲课，让公众昏昏欲睡。演讲的高潮是拍照手的骨骼。伦琴当场拍照了本校解剖学教授鲁道夫·阿尔贝特·冯·克利克（Rudolf Albert von Kölliker，1817年7月6日—1905年11月2日，线粒体发现者）的手，立即洗好底片，把清清楚楚的骨骼照片展示给大家看。

1896年1月23日，伦琴做X射线公众演讲，图为拍手骨环节。图源：Springer

Kölliker教授即兴发言：“我提议，这种射线就叫‘伦琴射线’，大家觉得怎么样？” 礼堂里听众们用雷鸣般的掌声表示同意这个提议。

其实在此之前和之后，有很多人提出用伦琴的姓氏为此射线命名，但伦琴坚持使用X射线这一名称，并表示非常厌恶把他的名字与射线一起使用。

巴伐利亚王国执政官提出授予伦琴贵族称号，伦琴姓氏之前可以加上“冯”字，伦琴却拒绝了。这让很多名字里有“冯”字的教授们心里不舒服，自己无比珍视的荣誉不被伦琴看在眼里。

伦琴每天收到很多来访请求，一般都予以拒绝，尤其是记者采访，他只接受过一次记者采访。

一天，德国一家公司的董事来访，请伦琴申请专利并愿意出高价收购，伦琴回答说：“专利是什么，它是怎么回事？打算把X射线一个人独占吗？我不是‘发明’了X射线，它是千古以来，就存在着的，我仅仅是‘发现’了X射线而已。X射线是全人类的东西，而不是我个人的私产。打算运用我的方法，去产生X射线的人，尽管去做吧，不必客气地征求我的允许。但是，产生X射线的装置还需要改良，如果贵公司能做到的话，那我是太赞成啦……”

各种名誉和奖也纷至沓来，只有不需要出面演讲的，伦琴才考虑接受。

伦琴抵触面向公众的科普演讲，他说：“物理是一门必须用老老实实的努力来证实的科学。也许有人能用某种方式来解释一个问题，这会使外行的听众误信，他们已经理解了这个讲演。可是这等于进一步传播了肤浅的知识，这比不通俗化更坏、更危险。”

伦琴每天收到大量信件，但几乎都没有回复。

在舆论的喧闹声中，伦琴继续研究X射线，在1896年和1897年各发表了一篇相关论文。

伦琴和妻子去意大利旅行以摆脱烦扰，但到了意大利还是经常被人认出。

舆论场广泛的赞誉声中也有杂音。有人质疑X射线的发现纯属运气，不是硬功夫，还有人说X射线的真正发现者是伦琴的助手，甚至还有人说是实验室技工。对这种声音，伦琴沉默以对。他给朋友的信里说：“让那些心怀忌妒的饶舌者说去吧。”“这简直像是因为我发现了射线而必须道歉似的。”

对此，美国心理学家Hugo Munsterberg评论道：“在伽伐尼偶然看到挂在铁门上一支蛙腿的挛缩以前，世界上不知道已经有过多少人看到过伽伐尼效应。世界上偶然性常有，而伽伐尼和伦琴不常有。”

维尔茨堡大学伦琴纪念馆展示伦琴当年的实验室。图源：wikicommons

问鼎首届诺贝尔奖

就在伦琴发现X射线不久，阿尔弗雷德·诺贝尔的遗嘱生效，诺贝尔奖启动。1901年，第一届诺贝尔物理学奖颁发给了伦琴。伦琴此时为慕尼黑大学教授。

伦琴一改以往不出席领奖仪式的风格，欣然前往瑞典首都斯德哥尔摩，他夫人因病未能同去。领奖之后，伦琴第二天就回去了，没有发表诺贝尔奖演讲。伦琴后来与诺贝尔奖委员会沟通，商定1902年10月10日补上这次演讲。伦琴后来了解到，演讲不是获奖者必须尽的义务，便取消了这次演讲，因为他一贯抵触面向公众做科学演讲。上文提到的1896年的公众演讲是伦琴的唯一的科普演讲。

伦琴的诺贝尔奖证书。图源：诺贝尔奖官网

伦琴将奖金全部捐给了他发现X射线时所在的维尔茨堡大学。

任教慕尼黑

1899年，伦琴拒绝了莱比锡大学的任教邀请。1900年，伦琴收到慕尼黑大学的任教邀请。伦琴觉得维尔茨堡的生活非常好，不想离开，但巴伐利亚王国派出官员登门相邀，伦琴不好坚辞不受，于4月赴慕尼黑大学任教，并担任物理学系主任。巴伐利亚王国是德意志帝国的组成国，慕尼黑为其首府。

伦琴在慕尼黑过得不愉快。

伦琴在维尔茨堡轻松自在惯了，他和夫人不喜欢慕尼黑处处要讲究的繁文缛节。他因为曾拒绝贵族封号，拒绝名字里加“冯”，也不被慕尼黑上流社会接纳。

但在建设慕尼黑大学物理系上，身为实验物理学家的伦琴，有着超越时代的眼光，非常看重理论物理的价值。他坚持专门为理论物理学设立教职，并拒绝了政府安排给他的人选。他专程跑到荷兰邀请洛伦兹加入，但没有成功。伦琴在1906年请来了索末菲。索末菲将慕尼黑大学建设成为开创量子物理的世界三大中心之一，还培养了很多优秀的理论物理学家，是目前为止教导过最多诺贝尔物理学奖得主的人。德国物理学家、科学家传记作家Albrecht Fölsing称，延揽到索末菲是伦琴在慕尼黑做的最有价值的一件事。

阿诺德·约翰内斯·威廉·索末菲（Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld，1868年12月5日—1951年4月26日），德国物理学家，量子力学开创者之一。图源：wikicommons

伦琴除了带博士生之外，还面向全校一年级的学生开了实验课，周一到周五，天天上课，上课学生高达400人。

1914年，第一次世界大战爆发，伦琴的研究工作无法继续了。一战期间，他年逾七十，多病缠身，依然坚持给本科生上课。

落寞的晚年

1910年后伦琴的住所。图源：museum-digital:rheinland

1919年，伦琴的夫人去世。为疏解思念之情，伦琴常常向妻子的遗像读报纸，仿佛她仍能和他共思想同脉搏一样。在她的生辰和忌辰，伦琴也会举行一些特殊的仪式来纪念她。

1920年，75岁高龄的伦琴教授退休，但依然保留了两间小实验室。伦琴整理了他在姆尼赫大学做的晶体电导率的文章，于1921年发表了一篇超过200页的论文。

第一次世界大战后，德国出现了恶劣的通货膨胀，伦琴也陷入了穷困的境地，甚至要用存档的信来引火。因缺衣少吃，为吃上肉，他还养了头猪。

1921年6月，伦琴立下遗嘱：书架上锁着的是自己所获证书、奖章等，全部赠与维尔茨堡大学。红木衣柜里锁着的所有文件，无需检视，直接烧掉。伦琴还在遗嘱中对财产进行了安排。

遗嘱中最令人错愕的安排就是烧掉文件，其实他生前已经在烧文件和信件了，他还给别人写信请求烧掉自己寄的信。伦琴为什么这么做？有人分析出两条重要原因。一是，伦琴只发表自己认为研究很透彻的论文，他留下的一些论文还没达到自己的标准，不希望这样的论文在身后被发表。另一原因是，伦琴得罪过不少人，也被不少人嫉妒，担心这些文件会落入自己的仇家手中，会对自己名声不利。

1923年2月10日，伦琴去世。

伦琴遗嘱的几位执行人，真的按遗嘱烧掉了文件，那是伦琴的论文、信件、笔记等。伦琴科学工作和生活的众多细节也化作轻烟，令后人深深遗憾。