في عام 1895، اكتشف الفيزيائي الألماني فيلهلم كونراد رونتجن أشعة إكس بالمصادفة. كان رونتجن يكرّر تجارب لفيزيائيين آخرين تمَّ فيها تفريغ كهرباء بجهد عال عبر الهواء أو بعض الغازات الأخرى في أنبوب زجاجي مفرَّغ جزئيا. وفي عام 1858، وجد أن جدران الأنبوب الزجاجي تصبح ذات وميض فسفوري أثناء التفريغ. في عام 1878، وصف السير ويليام كروكس أشعة (الكاثود) التي تسبب الوميض الفسفوري بأنها «تيار من الجزيئات الطائرة»، لكننا نعرف الآن أن تلك الأشعة هي في واقع الأمر تيارات من الإلكترونات المنبعثة من الكاثود، وينتج الوميض الفوسفوري عن تأثير تلك الإلكترونات على جدران الأنابيب الزجاجية.

 إن اللافتات النيون والصمامات التليفزيونية والمصابيح الفلورية هي: تطبيقات حديثة لتلك التجارب وتكون المصابيح الفلورية مطلية من الداخل بمواد عالية الفلورية لإنتاج ألوان وظلال ضوء مختلفة.

في عام 1892، أثبت هاينريش هيرتس أن أشعة الكاثود يمكن أن تخترق ورق الفويل الرفيع. وبعد عامين، صنع فيليب لينارد الأنابيب المفرَّغة التي لها جدران رفيعة من الألومنيوم. وكانت تلك الجدران تسمح لأشعة الكاثود بالخروج من الأنبوب المفرغ حيث يمكن الكشف عنها من خلال الضوء الذي تنتجه على شاشة مصنوعة من مادة فسفورية (كانت تُستخدم تلك الشاشات أيضًا للكشف عن الضوء فوق البنفسجي)؛ لكن وجد أنها تتحرك فقط لسنتيمترين أو ثلاثة سنتيمترات فقط في الهواء تحت الضغط العادي خارج الأنبوب المفرغ.

كرر رونتجن بعض هذه التجارب حتى يتعرَّف على الأساليب المستخدمة فيها، ثم قرر أن يرى إن كان بإمكانه اكتشاف أشعة الكاثود الصادرة عن أنبوب مفرغ زجاجي بالكامل، كالذي استخدمه كروكس؛ أي أنبوب بدون جدار رفيع من الألومنيوم. ولم يلاحظ أحد إصدار أشعة كاثود في تلك الظروف؛ فاعتقد رونتجن أن سبب الفشل في القيام بهذا ربما يرجع إلى أن الوميض الفوسفوري القوي لأنبوب الكاثود يغطي على الفلورية الضعيفة للشاشة الكاشفة ولاختبار تلك النظرية صنع غطاء كرتونيا أسود لأنبوب الكاثود، ولتحديد مدى فاعلية الغطاء، جعل الغرفة مظلمة وشغل ملف الجهد العالي لإمداد الأنبوب بالطاقة. وعندما تأكد من أن الغطاء الأسود الذي استخدمه كان يغطي الأنبوب بالفعل ولا يسمح بهروب أي ضوء إشعاعي فوسفوري، هم بإغلاق الملف وتشغيل أضواء الغرفة حتى يمكنه وضع الشاشة الفوسفورية على مسافات صغيرة مختلفة من الأنبوب المفرَّغ، لكنه لاحظ شيئًا غريبًا.

في تلك اللحظة تحديدًا، لاحظ هيرتس ضوءًا ضعيفًا يُومِض من نقطة في الغرفة المظلمة لأكثر من ياردة من الأنبوب المفرَّغ في البداية، اعتقد أنه لا بد أن هناك تسرُّبًا ضوئيا من الغطاء الأسود الموجود حول الأنبوب، والذي انعكس من مرآة في الغرفة. لكن لم تكن توجد مرآة، وعندما مرَّرَ سلسلة أخرى من الشحنات عبر أنبوب الكاثود، رأى الضوء يظهر في نفس المكان أيضًا، وكان يبدو مثل سحب خضراء باهتة تتحرك في تناغم مع الشحنات المتذبذبة لأنبوب الكاثود. أسرع رونتجن لإشعال عقب ثقاب، وما أثار دهشته أن مصدر الضوء الغامض كان الشاشة الفلورية الصغيرة التي خطط لاستخدامها كأداة كاشفة بالقرب من أنبوب الكاثود المغطّى، إلا أنها كانت ملقاة على المقعد الموجود على بعد أكثر من ياردة من الأنبوب.

 أدرك رونتجن على الفور أنه صادَفَ ظاهرة جديدة تمامًا، فلم تكن هذه هي أشعة الكاثود التي أضاءت الشاشة الفلورية لأكثر من ياردة من الأنبوب! في الأسابيع العديدة التالية، خصص رونتجن كلَّ وقته وجهده وتفكيره لاستكشاف هذا الشكل الجديد من الإشعاع، وذكر النتائج التي توصل إليها في ورقة بحثية نشرها في فورتسبورغ، بتاريخ 28 ديسمبر من عام 1895 بعنوان (نوع جديد من الأشعة نتائج أولية). ومع أنه وصَفَ بدقة معظم الخصائص الكيفية الأساسية للأشعة الجديدة في تلك الورقة، فإن اعترافه بأنه لم يفهمها بعد َ بالكامل ظهر من خلال الاسم الذي أعطاه لها، أشعة إكس (أي مجهولة). (وكثيرا ما يُطلَق عليها أشعة رونتجن.)

شكل 1-21: - ويليام رونتجن، مكتشف أشعة إكس.

ذكر أن الأشعة الجديدة لم تكن تتأثر بمغناطيس، كما هو معروف عن اشعة الكاثود. وليس الأمر فقط أنها تخترق مسافة أكثر من ياردة في الهواء، بعكس امتداد أشعة الكاثود التي كان حدها يصل إلى بوصتين أو ثلاث، لكن أيضًا (على حسب كلامه في الورقة البحثية):

كل الأجسام شفافة لهذا العامل، لكن بدرجات متفاوتة جدًّا. الورق شفاف جدا؛ فخلف كتاب مجلد تتجاوز عدد صفحاته الألف، رأيت الشاشة الفلورية تضيء على نحو ساطع ... بالطريقة نفسها، تظهر الفلورية خلف مجموعتين من ورق اللعب ... كما أن الكتل الخشبية السميكة شفافة، فألواح الصنوبر التي سمكها يصل إلى سنتيمترين أو ثلاثة لا تمتص سوى القليل من تلك الأشعة. كما أن لوحا من الألومنيوم سمكه يصل إلى 15 مليمترا، لم يجعل الفلورية تختفي بالكامل، مع ـع أنه أضعف تأثير الأشعة إلى حدٍّ كبير ... إذا وضعت اليد بين الأنبوب المفرّغ والشاشة، فسيرى الظل الأكثر دكنة للعظام داخل الصور الظلية الداكنة قليلا المأخوذة لليد نفسها.

كما وجد أيضًا أن بإمكانه تسجيل هذه الصور الخاصة بالهيكل العظمي على فيلم فوتوغرافي. وقد جذبَتْ خاصية أشعة إكس هذه انتباة عالم الطب على الفور؛ ففي وقت قصير جدا، أصبحت تلك الأشعة تُستخدم على نحو روتيني في التشخيص في المستشفيات على مستوى العالم.

شکل 2-21: رسم مجازي لهيكل مفتاح استخدمه رونتجن كفاصل كتاب، تم إنتاجه بأشعة إكس على فيلم فوتوغرافي كان يوجد تحت الكتاب.

ثمة أحداث قليلة في تاريخ العلم كان لها تأثير قوي جدًّا مثل اكتشاف رونتجن. ففي خلال عام بعد إعلانه عن اكتشافه لأول مرة، ظهر 49 كتابًا ومطوية وأكثر من ألف مقال عن أشعة إكس، لكن لم يحدث أي تقدم ملحوظ في معرفة خصائص أشعة إكس عما توصل إليه رونتجن إلا بعد مضي 20 عامًا تقريبًا. عندما بدأت الأكاديمية السويدية للعلوم في توزيع جوائز نوبل لأول مرة في عام 1901، وقع اختيارها في مجال الفيزياء على رونتجن. ولا شك أن الأكاديمية كانت سعيدة للغاية بأن توافر لديها إنجاز كبير كهذا كي تكرّمه بأول جائزة من جوائز نوبل.

مواضيع ذات صلة

خواص الذرات

البنية الإلكترونية للذرات

الذرات

Linear systems

Confined waves, with natural frequencies

The reflection of waves

Einstein’s laws of radiation

The Boltzmann law

Energy levels

The size of an atom

Bremsstrahlung

Synchrotron radiation