Wilhelm Conrad Röntgen (Roentgen) (27 tháng 3 năm 1845 – 10 tháng 2 năm 1923), sinh ra tại Lennep, Đức, là một nhà vật lý, giám đốc Viện vật lý ở Đại học Würzburg.


Cuộc đời Röntgen

Röntgen sinh tại Lennep (ngày nay là một phần của Remscheid) thuộc Đức. Gia đình ông đã di chuyển đến Apeldoorn ở Hà Lan khi ông 3 tuổi. Ông được giáo dục tại Đại học của Martinus Herman van Doorn. Năm 1862, ông nhập học tại trường Utrecht Technical School, tại đây ông bị đuổi vì đã tạo ra một bức tranh bức biếm họa một giáo viên, môt người mà ông gọi là "tội phạm", một người vô trách nhiệm.

Năm 1865, ông đã thử để được nhận vào Đại học Utrecht mà không có giấy ủy nhiệm đòi hỏi với các sinh viên chính quy. Nghe thấy có thể vào trường Federal Polytechnic Institute ở Zurich (ngày nay là trường ETH Zurich), ông đã thi vào trường này và trở thành sinh viên của trường. Năm 1869, ông tốt nghiệp với bằng tiến sĩ từ Đại học Zurich.

Năm 1874 Röntgen trở thành giảng viên tại Đại học Strasbourg. Năm 1875 ông trở thành một giáo sư tại Học viện Nông nghiệp ở Hohenheim, Württemberg. Năm 1876, ông trở lại Strasbourg làm giáo sư vật lý và năm 1879 ông được bổ nhiệm là giáo sư vật lý của Đại học Giessen. Năm 1888, ông trở thành giám đốc Viện vật lý của Đại học Würzburg và năm 1900 của Đại học München. Röntgen có gia đình ở Iowa thuộc Hoa Kỳ. Mặc dù ông đã chấp nhận sự bổ nhiệm tại Đại học Columbia ở New York và trên thực tế đã mua vé tới đó nhưng Thế chiến thứ nhất nổ ra đã làm thay đổi kế hoạch của ông, ông đã ở lại München.

Khám phá ra tia X - Một phát hiện lịch sử

Vào mùa đông năm sinh nhật thứ 50 của mình, và một năm sau khi được bổ nhiệm vào vị trí lãnh đạo tại trường đại học Würzburg, Wilhelm Conrad Roentgen để ý thấy một màn ảnh barium platinocyanide phát huỳnh quang trong phòng thí nghiệm của ông khi ông dùng ống Crookes tạo ra tia cathode cách đó không bao xa. Tạm gác qua một bên trách nhiệm của ông đối với trường đại học và các sinh viên, ngài hiệu trưởng Roentgen dành trọn sáu tuần sau đó trong phòng thí nghiệm của ông, tự mình nghiên cứu, không chia sẻ bất cứ điều gì với đồng nghiệp hết.

Ba ngày trước Giáng sinh, ông đã đưa vợ đến phòng thí nghiệm, và thực hiện bức ảnh chụp lịch sử thể hiện xương bàn tay và chiếc nhẫn đeo trên ngón tay của vợ ông. Hội Vật lí Y khoa Würzburg là nơi đầu tiên nghe báo cáo về các tia mới có khả năng đâm xuyên qua cơ thể và chụp ảnh xương người. Roentgen chính thức công bố kết quả vào ngày 28 tháng 12 năm 1895. Emil Warburg tường thuật lại kết quả đó trước Hội Vật lí Berlin vào hôm 4 tháng 1. Ngày hôm sau, tờ báo Wiener đăng tin, và hôm sau nữa thì tin tức về khám phá của Roentgen bắt đầu lan tỏa khắp thế giới qua con đường điện báo.


Ngày 13 tháng 1, Roentgen trình diện Kaiser và được thưởng Huân chương Hoàng gia Phổ, Hạng nhì. Và vào ngày 16 tháng 1, tờ New York Times công bố khám phá trên là một dạng nhiếp ảnh mới, chụp ảnh các vật rắn chứa tiềm ẩn bên trong, đâm xuyên qua gỗ, giấy, da thịt, và làm hiện ra giàn khung của bộ xương người. “Những người làm khoa học trong thành phố này đang hết sức nóng lòng chờ đợi sự xuất hiện của các tạp chí chuyên ngành bằng tiếng Anh cung cấp đầy đủ các chi tiết về khám phá của giáo sư Roentgen về phương pháp chụp ảnh các vật không trong suốt”. Tờ New York Times mở đầu như vậy, và tờ báo kết luận với việc dự đoán “sự chuyển mình của khoa phẫu thuật hiện đại bởi sự cho phép nhà phẫu thuật phát hiện ra sự có mặt của những vật thể ngoại lai” (số ngày 16/01/1896, trang 9).

Với tính cách của một nhà thực nghiệm tỉ mỉ và tinh mắt, ông đã tiến hành những thử nghiệm rõ ràng trên các tia X để trả lời các câu hỏi về tính chất của tia X: Chúng có truyền thẳng hay không? Chúng có bị khúc xạ không? Chúng có bị phản xạ không? Chúng có khác với tia cathode không? Chúng có bản chất là gì? Giống như tia cathode, chúng truyền đi theo đường thẳng. Roentgen không thể làm cho chúng khúc xạ với nước và carbon bisulphide trong lăng kính mica. Ông cũng không thể tập trung chúng bằng các thấu kính thủy tinh hoặc ebonite.

Với lăng kính ebonite và nhôm, ông để ý đến khả năng các tia khúc xạ trên kính ảnh nhưng không thể quan sát hiệu ứng này trên màn hình huỳnh quang. Tiếp tục kiểm tra sau đó, ông nhận thấy tia X có thể truyền tự do qua những lớp dày gồm muối bột đá mịn, bột muối điện phân, và bụi kẽm, không giống như ánh sáng nhìn thấy, cái vì sự khúc xạ và phản xạ mà khó đi qua tất cả. Ông kết luận rằng tia X không dễ gì bị khúc xạ hay phản xạ bình thường.

Roentgen nhận thấy tia X phát ra từ sự huỳnh quang sáng rỡ trên ống, nơi tia cathode va chạm với thủy tinh và bị phân tán ra. Điểm gốc của tia X di chuyển khi tia cathode bị di chuyển bởi từ trường, nhưng bản thân tia X thì không nhạy với nam châm. Roentgen kết luận rằng chúng khác với tia cathode, vì công trình nghiên cứu của Lenard đã chứng minh rằng tia cathode truyền qua ống vẫn giữ hướng truyền của chúng nhưng dễ bị lệch hướng bởi từ trường.


Sau đó, hai nhà vật lí người Hà Lan, Hermann Haga và Cornelius Werd, công bố rằng tia X có thể bị nhiễu xạ. Và từ các thí nghiệm các nhà khoa học thấy rằng tia X bắt đầu biểu hiện, ngày một nhiều dần, các tính chất của ánh sáng.

Những năm sau đó, nhà khoa học người Anh William Henry Bragg công bố một bài báo, những nghiên cứu đã đưa ông đến chỗ phát biểu triệt để rằng tia X là các hạt. Quan điểm của ông dựa trên hai thực tế:

(i) tia X kích thích số phân tử chất khí trong đường đi của chúng ít hơn so với trông đợi từ một nhiễu loạn dạng sóng, và

(ii) vận tốc của các electron kích thích bởi tia X lớn hơn vận tốc mà một sóng có thể mang đến cho chúng.

Nhưng về sau đó người ta lại gặp vấn đề khi giải thích về bản chất năng lượng tia X, cái không thể giải thích nổi theo dạng sóng, và điều này đã khai sinh ra quan điểm sâu sắc của Louis de Broglie về bản chất sóng của vật chất....

Tài liệu tham khảo:

Trích dẫn :

Wikipedia
Lịch sử khám phá tia X

ALEXI ASSMUS

Việc khám phá ra tia X vào năm 1895 là sự khởi đầu của một sự thay đổi mang tính cách mạng trong nhận thức của chúng ta về thế giới vật chất.

Vào mùa đông năm sinh nhật thứ 50 của mình, và một năm sau khi được bổ nhiệm vào vị trí lãnh đạo tại trường đại học Würzburg, Wilhelm Conrad Roentgen để ý thấy một màn ảnh barium platinocyanide phát huỳnh quang trong phòng thí nghiệm của ông khi ông dùng ống Crookes tạo ra tia cathode cách đó không bao xa. Tạm gác qua một bên trách nhiệm của ông đối với trường đại học và các sinh viên, ngài hiệu trưởng Roentgen dành trọn sáu tuần sau đó trong phòng thí nghiệm của ông, tự mình nghiên cứu, không chia sẻ bất cứ điều gì với đồng nghiệp hết.

Ba ngày trước Giáng sinh, ông đã đưa vợ đến phòng thí nghiệm, và thực hiện bức ảnh chụp lịch sử thể hiện xương bàn tay và chiếc nhẫn đeo trên ngón tay của vợ ông. Hội Vật lí Y khoa Würzburg là nơi đầu tiên nghe báo cáo về các tia mới có khả năng đâm xuyên qua cơ thể và chụp ảnh xương người. Roentgen chính thức công bố kết quả vào ngày 28 tháng 12 năm 1895. Emil Warburg tường thuật lại kết quả đó trước Hội Vật lí Berlin vào hôm 4 tháng 1. Ngày hôm sau, tờ báo Wiener đăng tin, và hôm sau nữa thì tin tức về khám phá của Roentgen bắt đầu lan tỏa khắp thế giới qua con đường điện báo.

Ngày 13 tháng 1, Roentgen trình diện Kaiser và được thưởng Huân chương Hoàng gia Phổ, Hạng nhì. Và vào ngày 16 tháng 1, tờ New York Times công bố khám phá trên là một dạng nhiếp ảnh mới, chụp ảnh các vật rắn chứa tiềm ẩn bên trong, đâm xuyên qua gỗ, giấy, da thịt, và làm hiện ra giàn khung của bộ xương người. “Những người làm khoa học trong thành phố này đang hết sức nóng lòng chờ đợi sự xuất hiện của các tạp chí chuyên ngành bằng tiếng Anh cung cấp đầy đủ các chi tiết về khám phá của giáo sư Roentgen về phương pháp chụp ảnh các vật không trong suốt”. Tờ New York Times mở đầu như vậy, và tờ báo kết luận với việc dự đoán “sự chuyển mình của khoa phẫu thuật hiện đại bởi sự cho phép nhà phẫu thuật phát hiện ra sự có mặt của những vật thể ngoại lai” (số ngày 16/01/1896, trang 9).


Công chúng đã bị mê hoặc trước phương pháp chụp ảnh mới này và họ tò mò muốn biết bản chất của các tia mới phát hiện đó. Các bác sĩ đưa nó vào ứng dụng ngay tức thời. Các nhà vật lí thì đứng ngồi không yên và cố gắng tìm hiểu nó. Khám phá ra tia X là thành tựu đầu tiên trong ba khám phá làm thức tỉnh cả cộng đồng khoa học đa ngành, đa lĩnh vực, khép lại những trang sách với những phép đo ngày một chính xác hơn, tự chấm dứt những cuộc tranh cãi về cơ học thống kê, hay cố gắng lí giải mọi hiện tượng vật lí bằng những thăng giáng chính xác về mặt toán học của ê te. Cả ba khám phá, tia X, tia uranium, và electron, là thành tựu phát sinh từ một trong những truyền thống thực nghiệm chủ đạo trong nửa sau thế kỉ 19, đó là nghiên cứu sự phóng điện trong chất khí. Cả ba khám phá đã góp phần làm chuyển biến sâu sắc đối với nền vật lí học. Trong thế kỉ thứ 20, ngành vật lí tập trung vào nghiên cứu các hạt sơ cấp.

Giống như với trường hợp phát minh ra bóng đèn nóng sáng, việc nghiên cứu sự phóng điện qua chất khí được thực hiện nhờ sự phát triển của công nghệ chân không cải tiến trong thập niên 1850. Ngay từ đầu, các nhà khoa học nói tiếng Anh đã nghiên cứu các miền sáng tối xuất hiện trong các ống thủy tinh-chì hàn kín. Các miền sáng tối trong những ống hút chân không một phần này được kích thích bởi một điện áp đặt vào giữa cathode và anode: thường là có một không gian tối, gọi là vùng tối Crookes; rồi một vùng sáng, gọi là ánh sáng âm cực; sau đó là một vùng tối nữa, gọi là vùng tối Faraday; và cuối cùng là một vùng sáng dương cực. Nếu như không khí trong ống được hút ra cho đến khi vùng tối thứ nhất mở rộng ra chiếm đầy ống và toàn bộ các vùng sáng biến mất, thì các tia phát ra từ cathode có thể nghiên cứu được. Các tia đó tạo ra bóng đổ, bị lệch bởi từ trường, nhưng có vẻ không bị tác động bởi các lực tĩnh điện.


Khi đặc trưng của nền vật lí tia mới xuất hiện – nền vật lí của tia cathode, tia X, tia alpha, tia beta, tia gamma, và tia N – bản chất của tia cathode đang gây tranh cãi, các nhà khoa học Anh thì nghiêng về các dòng hạt, còn các nhà khoa học ở châu Âu lục địa thì thích nghĩ chúng là một số dạng nhiễu loạn của ê te. (Vai trò của Anh quốc, và chương trình do J.J. Thomson phát triển tại Phòng thí nghiệm Cavendish để nghiên cứu sự ion hóa trong chất khí, sẽ mang lại việc khám phá ra electron. Nhưng câu chuyện của chúng tôi không đi theo lối này).

Một lí do thuyết phục để tin rằng tia cathode là hạt là việc quan sát thấy chúng không đi qua vật chất trong suốt đối với ánh sáng tử ngoại. Khi Heinrich Hertz nhận thấy ông có thể cho các tia ấy đi qua các lá kim loại, thì một nhà khoa học người Đức, Phillip Lenard, bắt đầu nghiên cứu chúng một cách thận trọng. Lenard đã thiết kế ra một cái ống với một cửa sổ nhôm mỏng qua đó các tia có thể ló ra, và ông đo xem chúng có thể truyền đi bao xa và vẫn gây ra sự huỳnh quang. Xác định theo phương pháp này, tầm với của tia cathode là 6 đến 8 cm. Các thí nghiệm của Lenard đã truyền cảm hứng cho Roentgen tự hỏi không biết các tia ấy ở một dạng suy yếu có thật sự truyền đi nhanh hơn, và ông đã lập các kế hoạch thí nghiệm để xem một điện nghiệm nhạy có đo được sự phóng điện ở khoảng cách gấp bốn lần khoảng cách mà Lenard đã nhận ra hay không.

Hướng nghiên cứu này nằm ngoài các mục tiêu nghiên cứu thông thường của Roentgen, nhưng nó đã mang lại cho ông địa vị quan trọng trong ngành khoa học Đức. Là con trai của nhà sản xuất và buôn bán vải vóc ở tỉnh Rhine, thời trẻ Roentgen chẳng phải là chàng sinh viên cần mẫn gì cho lắm. Cuối cùng, ông mới tìm được đường vào trường Bách khoa ở Zurich, nơi ông lấy bằng cơ kĩ thuật vào năm 1868 và năm sau đó thì làm nghiên cứu sinh. Ở Zurich, ông làm phụ tá cho August Kundt và theo ông này chuyển đến trường Đại học Würzburg, rồi sau đó đến Viện Vật lí tại Strasbourg. Chức vụ đầu tiên của ông là trưởng khoa vật lí tại Geissen ở Hesse vào năm 1879, từ đó ông nhận được nhiều lời mời đi khắp nơi. Con đường thăng tiến trong hệ thống trường đại học ở Đức là đi theo lời mời đến những trường đại học có danh tiếng ngày một cao hơn, và cuối cùng lập ra một hội sở của riêng mình. Roentgen đã từ chối các lời mời cho đến khi trường Đại học Würzburg mời ông làm giám đốc Viện Vật lí của họ. Năm 1894, ông được bầu làm hiệu trưởng tại Würzburg. Trong lễ nhậm chức của mình, một năm trước khi ông khám phá ra tia X, Roentgen phát biểu rằng “trường đại học là một cái nôi của nghiên cứu khoa học và giáo dục trí tuệ”, và ông lưu ý rằng “việc tự hào với công việc của một người là cần thiết, nhưng không nên tự cao, hoa mĩ, hay kiêu ngạo, tất cả những cái này phát sinh từ chủ nghĩa cá nhân hẹp hòi”.


Niềm tự hào của Roentgen có thể tìm thấy trong bốn mươi trang giấy ông công bố từ Strasbourg, Giessen, và Würzburg. Những đam mê buổi đầu này của ông bao quát phạm vi khá rộng – tinh thể học, hiện tượng áp điện và hiện tượng hỏa điện, cùng các tác dụng của áp suất lên chất lỏng và chất rắn – nhưng chưa kể đến sự phóng điện trong chất khí. Ông đã chuyển hướng chú ý sang đo các tỉ số nhiệt đặc biệt của các chất khí, sử dụng một nhiệt kế nhạy do ông tự chế tạo. Ông là một nhà thực nghiệm chính xác thường tự mình chế tạo thiết bị - một kĩ năng ông học được trong những năm tháng được đào tạo thành kĩ sư ở Zurich – và ông có thể đo lấy những hiệu ứng cực kì nhỏ, qua mặt cả các phép đo của Faraday về sự quay của ánh sáng phân cực trong chất khí.

>> Xem tiếp Phần 2

ALEXI ASSMUS

Việc khám phá ra tia X vào năm 1895 là sự khởi đầu của một sự thay đổi mang tính cách mạng trong nhận thức của chúng ta về thế giới vật chất.

Roentgen đã chuyển sang một niềm đam mê mới vào tháng 10 năm 1895: đó là nghiên cứu tia cathode. Trong quá trình lặp lại các thí nghiệm của Hertz và Lenard, ông bất ngờ để ý thấy một màn hình huỳnh quang phát sáng khi nó nằm cách ống Crookes một khoảng cách khá xa. Màn hình nằm xa hơn 6 đến 8 cm so với khoảng cách mà Lenard tìm thấy là khoảng cách cực đại cho tia cathode duy trì năng lượng của chúng để gây cảm ứng huỳnh quang. Roentgen nhận thấy hiệu ứng trên đáng để ông chuyên tâm theo đuổi và ông đã dành 6 tuần tiếp sau đó để nghiên cứu nó một cách không mệt mỏi.


Các nhà sử học từng tranh cãi về nguyên do vì sao Roentgen là người đầu tiên nhận ra tầm quan trọng của hiệu ứng này. Thiết bị trên, một ống tia cathode và một màn hình huỳnh quang, đã được sử dụng trong hàng thập kỉ. Năm 1894, J.J. Thomson đã nhìn thấy sự huỳnh quang trong ống thủy tinh Đức nằm cách ống phóng điện vài chục cm. Những người khác thì để ý thấy các tấm kính ảnh bị mờ đi. Nhưng trước khi có công trình của Lenard, đối tượng nghiên cứu luôn luôn là các hiệu ứng xảy ra bên trong ống, và ánh sáng tử ngoại cực ngắn có thể dùng để giải thích sự mờ đi của các tấm kính ảnh. Niềm đam mê lớn nhất của Lenard là chứng minh, trái với cái người Anh nghĩ, cho bản chất ê te của tia cathode, và ông là người đầu tiên nghiên cứu các tác dụng của những tia này trong không khí và trong một ống thủy tinh thứ hai mà ông hứng chúng vào đấy.


Roentgen, một nhà thực nghiệm tỉ mỉ và tinh mắt, đã tiến hành những thử nghiệm rõ ràng trên các tia X mới đó: Chúng có truyền thẳng hay không? Chúng có bị khúc xạ không? Chúng có bị phản xạ không? Chúng có khác với tia cathode không? Chúng có bản chất là gì? Giống như tia cathode, chúng truyền đi theo đường thẳng. Roentgen không thể làm cho chúng khúc xạ với nước và carbon bisulphide trong lăng kính mica. Ông cũng không thể tập trung chúng bằng các thấu kính thủy tinh hoặc ebonite. Với lăng kính ebonite và nhôm, ông để ý đến khả năng các tia khúc xạ trên kính ảnh nhưng không thể quan sát hiệu ứng này trên màn hình huỳnh quang. Tiếp tục kiểm tra sau đó, ông nhận thấy tia X có thể truyền tự do qua những lớp dày gồm muối bột đá mịn, bột muối điện phân, và bụi kẽm, không giống như ánh sáng nhìn thấy, cái vì sự khúc xạ và phản xạ mà khó đi qua tất cả. Ông kết luận rằng tia X không dễ gì bị khúc xạ hay phản xạ bình thường.

Roentgen nhận thấy tia X phát ra từ sự huỳnh quang sáng rỡ trên ống, nơi tia cathode va chạm với thủy tinh và bị phân tán ra. Điểm gốc của tia X di chuyển khi tia cathode bị di chuyển bởi từ trường, nhưng bản thân tia X thì không nhạy với nam châm. Roentgen kết luận rằng chúng khác với tia cathode, vì công trình nghiên cứu của Lenard đã chứng minh rằng tia cathode truyền qua ống vẫn giữ hướng truyền của chúng nhưng dễ bị lệch hướng bởi từ trường.

Roentgen lí giải việc gọi tên tia hiện tượng mới do những hình ảnh lờ mờ mà chúng tạo ra: các xương trong bàn tay, các sợi dây quấn xung quanh một con suốt chỉ, các quả nặng trong một cái hộp, một cái la bàn và kim nam châm giấu trong một thùng kim loại, sự không đồng đều của một kim loại. Khả năng tạo ảnh của các tia mới đã mang lại cho chúng sức hấp dẫn lớn đối với công chúng và mang lại danh tiếng cho Roentgen. Nhiều bài báo xuất hiện trên các tạp chí nhiếp ảnh, và tờ The New-York Times đã đăng tít khám phá trên bên dưới bức ảnh chụp. Vì các tia đó làm đen kính ảnh, nên người ta nghĩ chúng là một dạng nào đó của ánh sáng. Nhà vật lí Roentgen đồng tình như vậy. Chấp nhận các khẳng định của Lenard rằng tia cathode là các dao động của ê te, Roentgen đã so sánh các tia mới với chúng và đi tới quan điểm cho rằng cả hai đều có bản chất ê te, mặc dù khác với ánh sáng nhìn thấy, tia hồng ngoại và tia tử ngoại ở chỗ chúng không bị phản xạ hay khúc xạ. Ông đề xuất rằng tia cathode và tia X là các dao động dọc của ê te, chứ không phải các dao động ngang.

Giờ thì sự tồn tại của chúng đã được xác lập, người ta dễ dàng làm thí nghiệm với các tia X mới đó. Bản thân Roentgen chỉ công bố ba bài báo về đề tài trên, nhưng những người khác nhanh chóng nhảy vào lĩnh vực nghiên cứu này. Và không chỉ có các nhà vật lí. Thomas Edison đã sử dụng các bóng đèn nóng sáng cải tiến để tạo ra các tia mới. Ông khoe với các phóng viên rằng bất kì ai cũng có thể tạo ra ảnh chụp của xương bàn tay, đó chỉ là một trò chơi của trẻ con. Chỉ trong một tháng sau công bố của Roentgen, các bác sĩ đã sử dụng tia X để xác định vị trí của viên đạn trong da thịt người và chụp ảnh các xương bị gãy. Tiến sĩ Henry W. Cattell, người trình diễn giải phẫu bệnh tật tại trường đại học Pennsylvania, đã xác nhận tầm quan trọng của chúng trong việc chẩn đoán sạn thận và xơ gan, và ông đã bình luận rằng “Trí tưởng tượng giải phẫu có thể tự đánh mất mình trong khi nghĩ ra vô số ứng dụng của quá trình tuyệt vời này” (The New-York Times, 15/02/1896, trang 9). Trong sáu tháng đầu tiên sau khám phá của họ, các xác ướp thành Vienna đã được phân tích, các bác sĩ khẳng định đã chụp được ảnh não của họ, và trái tim con người cũng được phanh phui. Năm 1897, mặt nguy hại của tia X được báo cáo: các thí dụ bao gồm sự rụng tóc và cháy da do liều lượng biến thiên.

Các kĩ sư điện và các nhà vật lí đã tranh luận về bản chất của những tia X này. Albert Michelson nghĩ rằng chúng là các xoáy trong ê te. Thomas Edison và Oliver Lodge thì đề xuất các sóng âm hay sóng hấp dẫn. Nhưng khả năng chụp ảnh của các tia đó mới là cái quyết định, và các nhà tư duy nghiêm túc đưa ra ba khả năng, tất cả ba khả năng đều có nguồn gốc điện từ: chúng là sóng ánh sáng có tần số rất cao; chúng là sóng dọc (đề xuất ban đầu của Roentgen); hoặc chúng là những xung ngang, rời rạc, của ê te.


Khá dễ dàng bác bỏ giả thuyết rằng chúng là sóng dọc, bất chấp sự ủng hộ của Henri Poincaré và ngài Kelvin. Điểm then chốt của câu hỏi là các sóng đó có bị phân cực hay không. Nếu bị phân cực, thì chúng không thể nào là sóng dọc được. Mặc dù các thí nghiệm ban đầu về sự phân cực mang lại kết quả âm tính hoặc không rõ ràng, nhưng với sự khám phá ra một tia khác nữa, tia uranium của Henri Bequerel cho cái ông khẳng định đã tìm thấy sự phân cực, thì các tia đó ở châu Âu lục địa lập nên một kiểu hình thuyết phục. Nó đi từ các dao động ê te ngang tần số từ thấp đến cao: ánh sáng, tia uranium, tia X. Tia uranium do những khoáng chất nhất định giải phóng ra, và chúng không cần thiết bị nào để tạo ra chúng, nhưng chúng có những tính chất nhất định giống với tia X. Chúng làm đen kính ảnh và chúng làm cho các chất khí dẫn điện.

Các nhà vật lí người Anh thì xem xét khả năng tia X là các xung động trong ê te thay vì các sóng liên tục. Vị giáo sư toán học ngạch Lucasian tại Cambridge, ngài George Gabriel Stokes, cùng người đồng nghiệp của ông và là giám đốc Phòng thí nghiệm Cavendish, J.J Thomson, thì kiên định với giả thuyết xung vào năm 1896. Nó phù hợp với quan điểm của họ về tia cathode là các hạt (Thomson công bố khám phá ra các tiểu thể đó, hay các electron, vào một năm sau đó). Sự dừng lại đột ngột của một hạt tích điện, sau một khoảng trễ thời gian nhỏ xíu, sẽ mang lại sự truyền ra ngoài của một xung điện từ. Với phép đo chính xác của Thomson về tỉ số điện-tích-trên-khối-lượng và lí thuyết electron thành công của H.A Lorentz, lí thuyết giải thích được nhiều hiện tượng hấp dẫn, các nhà vật lí Lục địa bắt đầu chấp nhận, trước sự mất tinh thần của Lenard, rằng tia cathode là các hạt vật chất, còn tia X là các xung trong ê te.


Những kết quả mới sớm xuất hiện sau đó. Hai nhà vật lí người Hà Lan, Hermann Haga và Cornelius Werd, công bố rằng tia X có thể bị nhiễu xạ, và một nhân vật tại Göttingen tên là Arnold Sommerfeld đã thực hiện một phân tích toán học của sự nhiễu xạ, chứng minh rằng kết quả của họ có thể giải thích theo các xung không có chu kì cố định. Năm 1904, Charles Glover Barkla, một học trò của Stokes lẫn Thomson tại Cambridge, chứng minh rằng tia X có thể bị phân cực phẳng, trong khi đang thí nghiệm với các tia X thứ cấp và tam cấp. (Những tia này được sinh ra qua việc chiếu tia X vào các chất rắn).

Khi tia X bắt đầu biểu hiện, ngày một nhiều dần, các tính chất của ánh sáng, thì tia uranium mang lại những bí ẩn mới. Bản thân chúng gồm ba dạng tia riêng biệt: tia alpha, beta và gamma. Những tia này có bản chất là gì? Thật bất ngờ cho vật lí học, cái gần như đã gần đi tới kết luận, lại phải đối mặt trước những khám phá định lượng, không thể giải thích nổi. Chúng không “thuộc chữ số thập phân thứ sáu” như Michelson dự đoán. Tại hội nghị quốc tế về vật lí học do Hội Vật lí Pháp tổ chức ở Paris vào năm 1900, có đến tròn 9% số bài báo là nói về cơ sở vật lí của các tia mới.

Năm 1899, Ernest Rutherford, một học trò khác của Thomson và là người trở thành người kế vị của ông làm giám đốc Phòng thí nghiệm Cavendish, đã tách li tia alpha, có thể làm dừng lại bằng một lá kim loại hoặc các tờ giấy, khỏi các tia beta có tính đâm xuyên hơn. Năm 1900, Rutherford đã nhận ra tia beta là các electron tốc độ cao: bị lệch trong từ trường, chúng thể hiện tỉ số điện-tích-trên-khối-lượng thật chính xác. Một thành phần thứ ba của tia uranium, không bị chệch hướng và có tính đâm xuyên cao, đã được Paul Villard tại trường Ecole Normale Superieur ở Paris phát hiện ra. Rutherford đặt tên cho chúng là tia gamma. Trong luận án năm 1903 của bà, Marie Curie đã thực hiện các so sánh sau đây: tia gamma với tia X; tia beta với tia cathode; và tia alpha với tia ống (Tia ống là các dòng phân tử tích điện dương).


Vài năm sau đó lại xuất hiện một câu chuyện khác nữa. Nhà khoa học người Anh William Henry Bragg đã công bố vào năm 1907 rằng tia X và tia gamma thật ra không phải là sóng ê te, mà là các hạt, một cặp trung hòa như thế này: electron cộng với hạt tích điện dương. Nghiên cứu nghiêm túc của Bragg bắt đầu ở cái tuổi muộn màng, 41, sau 20 năm vui thú tại trường đại học Adelaide, Australia, nơi ông chơi golf và giải trí đàn đúm cùng các viên chức chính phủ. Ông công bố công trình sáng tạo mới của mình trong một bài diễn văn đọc trước Hiệp hội Australia vì Sự tiến bộ Khoa học, trong đó ông đã nêu ra một nhận xét quan trọng về công trình của Rutherford, nêu nghi vấn đối với định luật giảm theo hàm số mũ đối với sự hấp thụ tia alpha. Trong hai năm rưỡi, mỗi vài tháng ông lại cho công bố một bài báo, những nghiên cứu đã đưa ông đến chỗ phát biểu triệt để rằng tia X là các hạt. Quan điểm của ông dựa trên hai thực tế: (i) tia X kích thích số phân tử chất khí trong đường đi của chúng ít hơn so với trông đợi từ một nhiễu loạn dạng sóng, và (ii) vận tốc của các electron kích thích bởi tia X lớn hơn vận tốc mà một sóng có thể mang đến cho chúng. Vào lúc này, Bragg và người con trai của ông đã trở lại nước Anh, và lí thuyết của họ gây ra sự tranh cãi mạnh mẽ ngay cả trong đất nước mà các hạt được ưa chuộng và là nơi mà sự mô phỏng kì lạ của các hiện tượng vật lí được người ta dễ dàng chấp nhận. Đối thủ to tiếng nhất của họ là Charles Barkla, ông này cho rằng sự ion hóa của vật chất là một hiệu ứng thứ cấp không nhất thiết phải quy cho bản chất sóng của tia X. Ở phần sau, chúng ta sẽ trở lại với vấn đề tập trung năng lượng tia X, cái không thể giải thích nổi theo dạng sóng, cái đã khai sinh ra quan điểm sâu sắc của Louis de Broglie về bản chất sóng của vật chất.

Còn tiếp...