Я тебя насквозь вижу! Вильгельм Рентген — первооткрыватель необыкновенных лучей

«Я тебя насквозь вижу!» — говорят люди, когда хорошо знают человека. Но что если бы мы действительно видели то, что происходит внутри нас? Какие бы это открыло возможности? Фантазии бывают не так далеки от реальности. Ты же наверняка слышал о рентгеновских снимках? Это не обычные фотографии на телефон, где ты стоишь и улыбаешься в объектив. Это особые чёрно-белые снимки, на которых можно разглядеть твои внутренние органы, например, лёгкие или сердце. Если ты когда-нибудь ломал руку или ногу (сочувствуем, это крайне неприятно!), то в поликлинике посещал с родителями рентген-кабинет. Там стоят особые аппараты, на которых... Но не будем забегать вперёд. Ведь за каждым изобретением есть люди, которые их придумали. Вот об одном из них мы сегодня и поговорим.

Не опускать руки!
В конце весны, а точнее 27 марта 1845 года в небольшом немецком городе Леннепе родился мальчик, которому дали двойное имя Вильгельм Конрад. Фамилия его была Рентген. На самом деле это слово пишется через букву «ё» — Рёнтген, но в русском варианте, как это зачастую бывает, «ё» заменили на «е», поэтому мы пишем и произносим «Рентген». Но вернёмся к мальчику.
У своих родителей Вильгельм был единственным ребёнком. Мать Вильгельма звали Шарлоттой Констанцей. Отца, Фридриха Конрада, знали как уважаемого человека, купца, производителя одежды и миллионера.
Пройдёт целых пятьдесят лет с рождения Вильгельма, прежде чем он, будучи уже мужчиной с окладистой бородой, совершит своё эпохальное открытие.
До трёх лет мальчика семья Рентгенов жила в симпатичном трёхэтажном доме, а затем в 1948 году переехала на родину матери Вильгельма в Нидерланды, город Апельдорн. Вильгельм исследовал густые леса в окрестностях своего дома, что навсегда заложило в нём любовь к природе. Повзрослев, он продолжал получать удовольствие от пеших прогулок, а во время летнего отпуска совершал горные восхождения.
Не всё было гладко в судьбе мальчика. Однажды его даже исключили из школы! Почему? Нет, не из-за плохих отметок, как мы могли бы подумать. Дело в том, что товарищ Вильгельма нарисовал карикатуру на нелюбимого преподавателя. Все подумали на Вильгельма, а мальчик просто не пожелал выдать учителям своего друга.
Казалось бы, Рентген на этом мог навсегда потерять шанс стать учёным. Ведь куда ты пойдёшь без образования? Однако, он не растерялся. Вместо того, чтобы опустить руки и сетовать на злую судьбу, Рентген готовился к экзаменам самостоятельно. Когда он узнал, что для поступления в политехнический институт в Цюрихе не требуют никаких документов о предыдущем образовании, то очень обрадовался. И с самым решительным настроем отправился на собеседование. Собеседование проводил сам ректор. Тот был поражён глубокими знаниями Рентгена, и зачислил его без вступительных экзаменов. Что ещё раз подтверждает поговорку «Знание — сила!»
За три года Вильгельм выучился на инженера-механика. Но покой ему только снился! Не прошло и года, как Рентген защитил докторскую диссертацию по философии. Однако, той пришлось потесниться, ведь в итоге своё сердце Рентген целиком отдал физике.

Случайное открытие
Вильгельм Рентген был трудолюбивым человеком. Однажды осенью 8 ноября 1895 года в Вюрцбургском университете в Германии, когда все ассистенты уже разошлись по домам, профессор Рентген засиделся в лаборатории. Не зря ведь говорят: «Кто живёт своим трудом, тем работа — второй дом». В тот период учёный проводил опыты с катодной трубкой. Это такой стеклянный сосуд, заполненный разреженными газами. Через него Рентген пропускал электрический ток. Наконец Рентген закончил свои дела и, уходя из кабинета, накрыл трубку светонепроницаемым картонным чехлом. Но вот отключить катодную трубку забыл. Лишь погасив свет, он случайно увидел странное бледно-зеленоватое сияние на своём столе. Это светился бумажный экран, стоящий неподалёку. Такие экраны, покрытые кристаллами платиноцианистого бария, были не редкостью в лабораториях физиков. Кристаллы обычно светились, когда на них падали солнечные лучи. Но мы-то помним, что за окном давно было темно!
«В чём тут дело?» — тут же заинтересовался учёный.
Он предположил, что свечение каким-то образом связано с катодной трубкой. И естественно не преминул тут же проверить свою догадку: отключил ток в катодной трубке — свечение исчезло, включил — свечение появилось вновь. Но как же такие слабые лучи могли пройти сквозь картонную коробку? Загадка! Следующие семь недель Рентген посвятил размышлениям. Делиться находкой с остальным миром, пока не изучит новое явление как следует, учёный не спешил.
Профессор с азартом настоящего исследователя продолжил серию экспериментов с открытыми им X-лучами («икс-лучами»). Он назвал их так, чтобы подчеркнуть их необыкновенность. Впоследствии эти лучи в честь учёного назвали «рентгеновскими».
Экспериментируя, Рентген размещал между катодной трубкой и уже известным нам экраном с кристаллами предметы из разных материалов: прозрачное стекло, медную тарелку, алюминиевую фольгу, еловую доску. Но когда на пути Х-лучей оказался кошелёк с монетами, на экране отразились необычные тени с очертаниями знакомых предметов. Выходило, что непрозрачные вещи для загадочных лучей были прозрачными.
В результате опытов Рентген сделал ещё несколько важных выводов: во-первых, в привычных условиях Х-лучи нельзя почувствовать; во-вторых, данные лучи не видимы глазу; а в-третьих, они не отражаются и не преломляются.

Я увидела смерть!
Разумеется, вскоре возникла необходимость зафиксировать получившиеся изображения предметов, через которые проходили лучи. В этом ему помогла жена Анна Берта Людвиг. Первая рентгенограмма (снимок на плёнке), облетевшая весь мир, запечатлела изображение её руки с обручальным кольцом на пальце.
«Я увидела смерть!» — воскликнула Анна Берта, взглянув на фотографию костей своей руки.
Хорошо, что от сильных чувств не упала в обморок. Неудивительно, ведь она не разбиралась в тонкостях физики. В те времена было чему удивиться и от чего испугаться. В обычной жизни ничего такого не увидишь, максимум тебе удастся нащупать свои кости через кожу.
Обо всех своих выводах Рентген впоследствии сообщил научному сообществу, сделав доклад «О новом роде лучей» на целых семнадцати страницах. Его доклад вызвал полный восторг. Значимость открытия поняли сразу же все. Было принято решение безотлагательно отправить материал в печать, чтобы об этом узнало как можно больше людей. Сенсационная новость, как свежие булочки, разлеталась по Европе и Америке. И не удивительно! Открытие, которое совершил Вильгельм Рентген в ту знаменательную ночь, продвинет физику далеко вперёд.

Вот так казус!
Прошёл год после открытия Х-лучей. Знания о них дошли до одного английского моряка. В письме к Вильгельму Рентгену он просил прислать ему в конверте немного чудесных лучей — чтобы отыскать пулю, застрявшую в груди. Моряк клятвенно заверял, что не будет использовать лучи дольше, чем необходимо, и в целости и сохранности вернёт из назад.
Вы думаете, Рентген растерялся? Как бы не так! В ответном письме моряку учёный написал, что лучей у него совсем немного, поэтому он не может послать их куда-либо. Но зато с радостью поможет моряку, если тот согласится прислать ему грудную клетку. «После обнаружения пули я пришлю её вам обратно», — пообещал он.
Не зря, ох, не зря он учился философии! Ведь это наука о любви к мудрости.

Нобелевский лауреат
В 1901 году состоялось знаменательное событие. Вильгельм Рентген становится первым в мире физиком, которому собираются вручить Нобелевскую премию. Её присуждают в знак признания выдающихся достижений. Вручение премии должно было состояться в Стокгольме. Однако не тут-то было! Скромный профессор на торжественную церемонию, организованную в его честь, приехать отказался, сославшись на сильную занятость. А как же! В лаборатории всегда найдётся уйма работы. В итоге премию лауреату отправили по почте.
«На что же он её потратил?» — спросите вы.
Очень просто! Вильгельм Рентген пожертвовал все деньги Вюрцбургскому университету.
Но это ещё не всё! Учёный отказался патентовать своё изобретение. Рентген поступил бескорыстно, ведь в этом случае плоды его открытия становились доступны любому, кому это понадобится. Учёный не получал за это ни копейки.
Прошло буквально несколько месяцев после открытия рентгеновских лучей, когда был сделан первый рентгеновский снимок перелома руки. По собственной инициативе пациентом стал тринадцатилетний Джеймс Франк — будущий Нобелевский лауреат по физике.
Надо сказать, что с давних пор диагностировать перелом приходилось вслепую, на ощупь (что, надо признаться, больно и неприятно). Теперь же было достаточно снимка. Представляете, какое полезное подспорье получили врачи и какое огромное облегчение испытали пациенты?

Осторожнее с лучами!
Х-лучи довольно быстро и плотно вошли в медицинскую практику. Врачи уже не помнили, как раньше обходились без них. Однако, с новыми лучами ещё нужно было суметь «договориться».
Без сомнения вы знаете, что нежась на пляже под солнцем, мы можем получить как красивый загар, так и сильный ожог, попросту обгореть. Вот и рентгеновские лучи оказались не абсолютно безвредными как для врачей, так и для их пациентов.
Например, русский физик Пётр Николаевич Лебедев, проводивший исследования с рентгеновскими лучами, защищал только лицо. В результате он обнаружил, что незакрытая борода подверглась избыточному воздействию и после незапланированного облучения осталась у него в руках.
Люди заметили, что слишком долгое воздействие Х-лучей на человека наносит значительный вред организму. Поэтому чтобы не рисковать почём зазря, людей обязали надевать на себя защиту: специальные накидки, фартуки, перчатки, воротники и очки. Те отлично поглощали вредные лучи. Защитная одежда выполнялась с добавлением свинца, бария или вольфрама. Именно поэтому она значительно тяжелее на вес по сравнению с обычной.
Также в целях безопасности стены и потолок кабинета, где устанавливали рентгеновский аппарат, принято укреплять. Нет, нет, не как стены замка. В них добавляли уже названные нами вещества: свинец и барий. Учёные выяснили, что они надёжно «тормозят» рентгеновские лучи, не давая выйти за пределы кабинета. Лучи вязнут в стенах, как в болоте.
Сейчас для дополнительной защиты, тот, кто управляет рентгеновским аппаратом, обычно находится в отдельной комнате. Оттуда он отдаёт команды установке дистанционно, нажимая на нужные кнопки на пульте.
Таким образом, со временем люди научились извлекать максимум пользы от Х-лучей, снижая вред от них настолько, насколько это возможно.

Как работают рентгеновские лучи в медицине?
Задавался ли ты вопросом, почему на рентгеновских снимках кости видно лучше, чем окружающие их мягкие ткани (кожу и мышцы)? Дело в том, что в костях содержится много кальция, который, кстати, делает наш скелет таким крепким. Так вот, кальций ослабляет рентгеновское излучение. Лучи как бы застревают в костях, в то время как в мягких тканях содержится больше воды, пройти через них легче. Поэтому на снимке мы видим там серые тени. Сочетание света и теней и создаёт рисунок на снимке. Его отлично умеют «читать» врачи-рентгенологи, ведь они точно знают, как устроен наш организм.
Как же получить не только снимок твёрдых костей, но изображение кровеносных сосудов, когда это требуется врачу, чтобы постановить диагноз? Для этого случая учёные придумали ангиографию. В организм человека внутрь вен вводят контрастное вещество с йодом. Оно течёт по сосудам и задерживает лучи, как стражники путников. Вуаля! — и на снимке видно чёткую картину разветвляющихся сосудов — от самых крупных до самых мелких.
«Фокус» с контрастным веществом используют также, чтобы сделать снимок полых органов, например, желудка. Пациент пьёт вещество с барием. Оно абсолютно безвредно, потому что выводится из организма в первоначальном виде. Зато на снимке все особенности внутреннего органа видны как на ладони!

Рентгеновские лучи в астрономии
В применении знаний о рентгеновских лучах учёные пошли дальше. Так, Риккардо Джаккони обнаружил космические источники рентгеновского излучения. Оно естественным образом приходит из космоса и несёт ценную информацию о происходящем во Вселенной.
Наверняка ты слышал о чёрных дырах — особых пространствах в космосе. Они интересны тем, что сами не излучают свет, как это делают звёзды, а попавшие в них объекты не смогут вернуться обратно. Так вот, рентгеновские лучи позволяют измерить скорость вращения, заряд и массу чёрных дыр. Что чрезвычайно важно для учёных-астрономов.
Также мощное рентгеновское излучение происходит в местах взрыва звёзд. Кстати, наше Солнце — тоже источник рентгеновского излучения. Излучение особенно сильно во время периодически возникающих на нём вспышек.
Однако, рентгеновские лучи с помощью обычных телескопов увидеть нельзя. Почему? Они попросту не достигают поверхности планеты. Атмосфера Земли, как фильтр, поглощает летящие из космоса рентгеновские лучи. Поэтому для наблюдения за рентгеновским излучением используют специальные телескопы. Их размещают не на поверхности Земли, а на орбите или даже за её пределами — на ракетах и спутниках. Риккардо Джаккони как раз и участвовал в создании специальных детекторов (простыми словами, «приёмников»), установленных на специальных телескопах. Детекторы преобразуют приходящие лучи в изображения, в результате чего люди получают уникальные снимки. Именно за создание рентгеновской астрономии и изобретение рентгеновского телескопа после десятилетий неутомимых изысканий Риккардо Джаккони получил Нобелевскую премию.

Х-лучи на службе искусствоведов и археологов
Метод рентгенографии также приспособили для изучения художественных картин. Для получения снимка на окрашенную поверхность картины кладут специальную плёнку, а за холстом размещают рентгеновскую трубку. В результате на снимке отображается множество деталей: можно рассмотреть, как выглядел подмалёвок[ Подмалёвок — это начальный этап работы над картиной. На нём этапе художник создаёт предварительный эскиз, чтобы определить, где и как будут располагаться основные элементы, тени и свет. ], как первоначально располагались фигуры на картине, вносил ли живописец изменения. Немаловажно, что таким образом можно выяснить, является ли картина подлинником или подделкой.
Исследование становится возможным благодаря тому, что для разных красок используются разные химические элементы. Так, свинцовые белила на получившемся снимке видно лучше, чему сажу, потому что они поглощают больше лучей.
Стоит ли беспокоиться о том, что картина испортится от обучения? Нисколечко! Ведь уровень радиации очень низкий.
В результате такого просвечивания порой оказывается, что под одним слоем картины прячется совсем другая. Так было с картиной «Натюрморт с луговыми цветами и розами» знаменитого художника Винсента Ван Гога. Просветив картинку рентгеном, под верхними слоями краски искусствоведы обнаружили рисунок двух борцов. Мы не знаем, почему художник изменил сюжет картины, но иногда причиной глобальных перерисовок становилось банальное отсутствие денег: их попросту не хватало на новый холст.
Картина Рафаэля Санти «Дама с единорогом» также таила несколько сюрпризов: во-первых, изначально дама вместо единорога держала на руках маленькую собачку. Во-вторых, учёные выяснили, что гораздо позже, несколько столетий спустя к изображению дамы были добавлены пальмовая ветвь и зубчатое колесо — символы святой Екатерины Александрийской, а на её плечи накинута мантия.
Неужели картину из-за этого пришлось переименовать в «Даму с собачкой»? Нет, реставраторы решили не восстанавливать собачку, чтобы не повредить полотно. Решено было снять те лишние слои краски, которые мешали видеть картину такой, какой её задумал сам Рафаэль.
Картина «Вид песков Схевенингена», которую написал нидерландский художник Хендрик ван Антониссен, изображала обычный пейзаж: лодки, небо, песок. По морскому берегу в холодный зимний день прогуливаются герои в старинных одеждах. Но куда устремлены их взоры?
Ответ на этот вопрос учёные нашли в начале двухтысячных годов. Оказалось, изначально художник изобразил кита, выбросившегося на берег. Он то и привлёк внимание людей. Конечно! Такое крупное во всех смыслах событие не могло не собрать толпу зевак. Когда и по какой причине фигура кита пропала с картины, пока не известно.
Археологи тоже не отстают в использовании новых технологий. Например, они просвечивают рентгеновскими лучами древние свитки, когда хотят прочитать текст, написанный на хрупком от времени пергаменте, прикосновение к которому может его непоправимо повредить. Они исследуют мумии, не вскрывая и не разрушая их, узнают по снимкам костей, чем болел и от чего умер человек, живший задолго до нас.
Интересен случай, когда рентгеновские лучи смогли найти спрятанную средневековую библиотеку. Как это произошло? В Средние века для того, чтобы усилить переплёт книги и таким образом сделать её более долговечной, использовали хитрость: разрезали на более мелкие кусочки ненужную исписанную бумагу. Затем кусочки перемешивали и склеивали их в несколько слоёв, создавая что-то наподобие картона. Через века с помощью рентгеновских лучей учёные обнаружили этот «слоёный пирог» и с большим интересом взялись его исследовать.
Дело Вильгельма Рентгена продолжается и по сей день. Рентгеновские лучи с успехом применяют как для исследования космоса, так и для изучения микромира, например, клетки человека. На производстве лучи используют, если нужно обнаружить малейшие дефекты в изделиях, которые невозможно увидеть с помощью других средств. А в ювелирном деле рентген помогает определить подлинность драгоценных камней.

Скромный герой
Известный учёный Вильгельм Конрад Рентген проработал в Мюнхенском университете до 75 лет. За заслуги в науке принц-регент Баварии наградил его орденом. К ордену прилагалось дворянское достоинство — различные привилегии и преимущества. С того времени к Рентгену должны были обращаться не иначе, как «ваше превосходительство», а перед фамилией добавлять приставку «фон». Но Рентген отказался от всего: и от «фона», и от «вашего превосходительства», и от дворянства. В ответ на недоумение других он говорил, что не подавал прошение о присвоении ему дворянского титула да, в общем, и не собирается подавать в будущем.
Дожил Вильгельм Конрад Рентген до весьма почтенного возраста — 77 лет.

Музей, улица и кратер... Что их объединяет?
В 1932 году в городе Вюрцбурге открыли музей Рентгена. Вход в него бесплатный. Войдя в дверь, вы проследуете по длинному коридору, чтобы в конце найти лабораторию. В ней стоит та самая экспериментальная установка, с помощью которой Вильгельму Рентгену удалось обнаружить излучение. В коллекции музея представлены различные рентгеновские трубки, медицинские аппараты, оригинальные документы и личные вещи учёного. В том числе своими глазами там можно увидеть знаменитую фотографию снимка жены Рентгена, о которой мы уже упоминали.
С 1923 года одна из улиц в Санкт-Петербурге носит его имя, а с 1964 года по решению Международного астрономического союза ещё и один из кратеров в северном полушарии обратной стороны Луны.
Ежегодно 8 ноября мы отмечаем Всемирный день рентгенографии и радуемся такому полезному открытию.