Promienie X Roentgena

Przypadkowe odkrycia zdarzają się również i nam, współczesnym. W 1895 roku zupełnie przypadkowo, badając zupełnie inne zjawiska fizyczne, niemiecki fizyk Wilhelm Roentgen odkrył nie znane wcześniej promieniowanie nazwane przez niego promieniami X (podobnie jak niewiadoma w matematyce), dziś zwane promieniami rentgena. Fizycy badali w tym czasie charakter światła. Wiedziano już, że światło przechodząc przez układ szczelin zwanych siatką dyfrakcyjną daje obraz widma. Wiedziano też, że widmo powstaje w wyniku ugięcia promieni świetlnych na krawędziach szczelin oraz interferencji promieni świetlnych. Takim samym badaniom próbowano poddać odkryte przez Roentgena promienie X. Niestety bez efektu. Obraz interferencyjny nie powstawał.

Niezależnie od tych badań inni fizycy badali kryształy, a więc głównie kamienie szlachetne – najpiękniejsze, ale i najbardziej dostępne okazy kryształów. Na podstawie tych badań wiedziano już, że kryształy to zbiór atomów lub innych cząsteczek ułożonych w uporządkowany sposób w formie siatki przestrzennej. Obie te wiadomości, zupełnie nieprzypadkowo, ale w wyniku umiejętności logicznego myślenia i kojarzenia wiedzy cząstkowej, połączył w 1912 roku niemiecki fizyk teoretyk Max von Laue i zaproponował wykonanie doświadczenia polegającego na prześwietleniu kryształu wiązką promieni rentgenowskich. Wynik doświadczenia okazał się zgodny z przewidywaniami Lauego. Na błonie fotograficznej usytuowanej za kryształem pojawiły się regularnie rozmieszczone punkty-obraz ugięcia i interferencji promieni rentgena. Tym samym udowodniono też, że promienie X mają charakter falowy, podobnie jak promienie światła widzialnego, tylko długość fal jest znacznie krótsza niż fal świetlnych. Wcześniejsze niepowodzenia wynikały z prozaicznej przyczyny. Siatki dyfrakcyjne stosowane do badań nad światłem nie były w stanie zinterferować tak krótkich promieni. W kryształach rolę siatki pełniły przestrzenie między atomami ułożonymi w krysztale, przestrzenie tysiące razy mniejsze niż odległość między liniami siatki dyfrakcyjnej. Za umiejętność logicznego myślenia i za udowodnienie falowego charakteru promieni X w roku 1914 Max von Laue otrzymał Nagrodę Nobla.

I to właśnie różni nas i współczesną naukę od naszych praprzodków i ich metody prób i błędów. Nawet przypadkowe odkrycie, przypadkowo uzyskana wiedza pociąga za sobą lawinę pytań-jak, co, dlaczego. Można by postawić jeszcze jedno pytanie- po co? Po co nam wiedza o charakterze promieni X? Czy nie wystarczy sama świadomość ich odkrycia i wykorzystania np. do prześwietlenia złamanej ręki.

Odpowiedzi na to pytanie można dać kilka. Po pierwsze, gdyby Roentgen wcześniej nie postawił podobnych pytań w odniesieniu do innych zjawisk, nie odkryłby promieni X. Nie byłoby „szczęśliwego” przypadku. Po drugie, dzięki odkryciu Lauego uzyskaliśmy uboczny efekt ważny dla badania kryształów metodą prześwietlania promieniami X. Dzięki tej metodzie można uzyskać tzw. zdjęcia Lauego z zarejestrowanymi plamkami dyfrakcyjnymi, a na tej podstawie ustalić rodzaj symetrii kryształu. Po wprowadzeniu pewnych modyfikacji metody możliwe jest również badanie innych parametrów kryształu.

Schemat doświadczenia Lauego, plamki interferencyjne rejestrowane na kliszy fotograficznej i rentgenogramy soli kuchennej i berylu.

I wreszcie odpowiedź trzecia. Naświetlając kryształy różnych kamieni szlachetnych promieniami rentgena „zupełnie przypadkowo” odkryto jedną z nie znanych wcześniej przyczyn zabarwienia niektórych kryształów. Jednym z takich tajemniczych, nie wyjaśnionych zjawisk była przyczyna zabarwienia kwarcu dymnego, szarego do ciemnobrunatnego i kwarcu o barwie czarnej – morionu. Żaden ze znanych chromoforów nie barwi na czarno. W obu odmianach kwarcu nie stwierdzono też żadnego barwiącego zanieczyszczenia. Tymczasem w toku doświadczeń Lauego okazało się, że kryształy niektórych kamieni szlachetnych poddane napromieniowaniu promieniami rentgena zmieniają barwę. Czas pokazał, że nie jest to jednak sposób nadający się do fałszowania kamieni szlachetnych. Zmiana barwy jest nietrwała, a po pewnym czasie samorzutnie wraca barwa pierwotna. Pozostała jednak odkryta nowa droga, nowy kierunek badań.