Paslaptingi spinduliai, dėl kurių išdalinta daugiau nei dešimtis Nobelio premijų

Paskutinį XIX a. dešimtmetį galima pavadinti Europos aukso amžiumi. Čia klestėjo menas, o mokslas žengė į priekį šimtamyliais žingsniais. Atsirado pirmi automobiliais su vidaus degimo varikliais, milžinišku greičiu augo miestai – naujoms gamykloms ir fabrikams reikėjo vis daugiau darbo rankų. Mokslo laimėjimai įkvėpė rašytojus.

Herbertas G. Wellsas paskelbė savo bestselerius „Laiko mašina“ ir „Pasaulių karas“. Broliai Lumière'ai sukūrė pirmąją kino kamerą, mokančią užfiksuoti šviesą celiulioido juostoje. Net dailininkai eksperimentavo su šviesa. Impresionistai siekė drąsiais teptuko potėpiais ir ryškiomis spalvų dėmėmis perteikti supančio pasaulio vaizdą.

Tačiau labiausiai šviesos savybės domino mokslininkus. Juos intrigavo spinduliai, kurių nebuvo įmanoma pamatyti plika akimi. Dar XIX a. pradžioje mokslininkai pradėjo suprasti, kad regimoji šviesa sudaro tik labai mažą spindulių spektro dalį. Eksperimentuojant buvo atrasti regimajai šviesai artimiausi nematomi infraraudonieji ir ultravioletiniai spinduliai. 1862-64 m. škotų mokslininkas Jamesas Clarkas Maxwellas sukūrė teorinį modelį, apibrėžiantį elektromagnetinių bangų spektrą bei jo savybes. Jo egzistavimą galutinai patvirtino vokiečių fizikas Heinrichas Rudolfas Hertzas, kuris, panaudodamas elektros grandinę, sugebėjo sugeneruoti mažo dažnio radijo bangas.

Tyrimai priešingoje elektromagnetinių bangų spektro pusėje pajudėjo, kai Williamas Crookesas sukūrė senų televizorių kineskopus šiek tiek primenantį įrenginį – vakuuminį vamzdį. Per šį vamzdį paleidus aukštos įtampos elektros impulsus, prietaisas ima švytėti skleisdamas vadinamuosius katodinius spindulius.

Kaip tik su tokiu įrenginiu, sekdamas daugelio kitų mokslininkų pavyzdžiu, savo eksperimentus XIX a. pabaigoje atlikinėjo Wilhelmas Conradas Röntgenas. 1895 m. lapkričio 8 d. vokiečių fizikas bandė išsiaiškinti, kaip vakuuminio vamzdelio švytėjimas veikia įvairias fluorescuojančias medžiagas. Bandymu metu mokslininkas pastebėjo, kad įjungus prietaisą ėmė švytėti laboratorijoje buvęs berilio platinos cianidu padengtas lakštas. Tada W. C. Röntgenas uždengė vamzdelį nepermatoma medžiaga ir įjungęs įrenginį visiškoje tamsoje vėl išvydo švytintį lakštą. Tapo aišku, kad švytėjimą sukelia ne žmogaus akiai matomi katodiniai spinduliai, o vakuuminio vamzdelio sukuriamas paslaptingas elektromagnetinis spinduliavimas, ir kad jo nesugeba sulaikyti medžiagos, kurias mes esame įpratę laikyti neskaidriomis.

Naujų spindulių, kuriuos W. C. Röntgenas pavadino X spinduliais, atradimas tebuvo ilgo kelio pradžia. Mokslininkas greitai pastebėjo, kad įvairios medžiagos skirtingai juos praleidžia. X spinduliai lengvai prasimuša pro popierių, medį, sugeba įveikti plonus metalų sluoksnius. Tačiau kelią jiems gali pastoti stori švino lakštai ar net kai kurios „permatomos“ stiklo rūšys. Bene įspūdingiausią vaizdą W. C. Röntgenas pamatė prieš švytinčią plokštelę atkišęs savo ranką. X spinduliai beveik netrukdomai prasiskverbė pro raumenų grupes, tačiau negalėjo „prasimušti“ pro kaulus. Pirmą kartą žmonijos istorijoje buvo galima pamatyti gyvo žmogaus skeletą. Išsipildė ilga medikų svajonė sužinoti, kas vyksta žmogaus viduje!

Eksperimentai užsitęsė. W. C. Röntgenas ištisas savaites neišeidavo iš savo laboratorijos, tikrindamas vis naujas idėjas. Galiausiai jis rado būdą, kaip užfiksuoti savo tyrimų rezultatus. Ekraną su fluorescenciniu sluoksniu pakeitė fotografavimo plokštė – fotojuostelių pirmtakė. Ją sudaro stiklo lakštas, padengtas šviesiai jautriu sidabro chloridu, kurį apdorojus cheminiu būdu, galima išvysti spindulių paveiktose zonose įamžintą vaizdą. Taip pasaulį išvydo pirmoji Rentgeno nuotrauka.

W. C. Röntgeno atrasti spinduliai tapo neatsiejama mūsų gyvenimo dalimi. Be jų neįmanoma įsivaizduoti šiuolaikinės medicinos. Rentgeno nuotraukos pakeitė sunkias chirurgines operacijas, kurių metu gydytojai bandydavo nustatyti ligos priežastis. Tradicines nuotraukas papildė kompiuterinės tomografijos įranga, leidžianti Rentgeno spindulių pagalba nuskenuoti visą gyvo organizmo tūrį ir sukurti trimatį jo modelį. Tą patį principą naudoja ir fluoroskopas – prietaisas, padedantis stebėti organizmo vidų realiuoju laiku. Lėktuvais skraidantys keleiviai su Rentgeno spindulius naudojančius prietaisus gali pamatyti bagažo kontrolės zonose. Galimybė pažvelgti į įvairius objekto sluoksnius praverčia netgi meno kritikams ir restauratoriams. Mat speciali įranga suteikia galimybę nustatyti dailės kūrinių atsiradimo eigą.

Be W. C. Röntgeno išradimo nebūtų įmanoma ir kristalografija – mokslo sritis, X spinduliais tyrinėjanti molekulių struktūrą. Taikant Kristalografiją buvo išsiaiškinta DNR molekulių struktūra ir informacijos perdavimo gyvuose organizmuose principai. Už šį atradimą, Francis Crickas, Jamesas Watsonas ir Maurice'as Wilkinsas 1962 m. buvo apdovanoti Nobelio premija medicinos ir fiziologijos srityje.

Už savo Nobelio premiją W. C. Röntgenui turėtų padėkoti ir Riccardo Giacconi. 2002 m. metais taip buvo įvertintas jo indėlis į fizikos mokslą. Kaip vienas iš X-astronomijos pradininkų šis mokslininkas panaudojo šimtmečio senumo technologiją konstruodamas teleskopus, kurie gali fiksuoti iš kosmoso sklindančius Rentgeno spindulius. Tokiu būdu galima aptikti dangaus kūnus ir struktūras, nematomas kituose elektromagnetinių bangų spektro dalyse.

Savo tyrimų rezultatus W. C. Röntgenas paskelbė 1895 metų pabaigoje. Mokslo visuomenė juos sutiko su dideliu entuziazmu. Praėjus vos šešeriems metams mokslininkas išrinktas pirmuoju Nobelio laureatu fizikos mokslų srityje. Tačiau, kaip bylojo ir pats W. C. Röntgeno parinktas pavadinimas, X spinduliai vis dar buvo paslaptingas reiškinys. Jų paslapties šydą atskleidę mokslininkai taip pat papildė Nobelio premijos laureatų gretas.

W. C. Röntgeno aprašytos X spindulių savybės ir atlikti eksperimentai buvo gerai žinomos kitiems mokslininkams. Praėjus vos keliems mėnesiams prancūzų fizikas Antoine'as Henri Becquerelis visai atsitiktinai aptiko spindulius, kuriuos skleidė urano rūda. Eksperimento metu urano rūda buvo apvyniota į šviesai jautrų fotopopierių. Po kelių dienų popierius patamsėjo taip, tarsi būtų veikiamas Rentgeno spindulių. Mokslininkas eksperimentavo su įvairiais urano mišiniais, tačiau jam nepavyko teisingai nustatyti spinduliavimo priežasties.

Tolesnius urano spinduliavimo tyrimus A. H. Becquerelis pavedė Marijai Skłodowskai-Curie. Juose mokslininkė panaudojo savo vyro Pierre'o Curie ir jo brolio Jacque'o Curie sukurtą itin jautrų elektrometrą, leidžiantį išmatuoti itin silpnas elektros sroves šalia spinduliuojančio urano mėginio esančiame ore. Naudojami įrankiai leido daug tiksliau nustatyti spinduliavimo stiprumą nei A. H. Becquerelio naudotas metodas. Bandymai parodė, kad „urano spindulius“ skleidžia ne tik uranas, bet ir kiti elementai. Marija ir Pierre'as greitai pastebėjo, kad kai kuriuos urano rūdos skleidžia daug stipresnį spinduliavimą nei grynas uranas ir padarė prielaidą, kad rūda gali būti „užteršta“ kitais dar nežinomais elementais. 1896 m. Marijai Curie pavyko išgryninti du naujus radioaktyvius cheminius elementus – radį ir polonį.

1903 m. A. H. Becquerelis ir Marija ir Pierre'as Curie buvo apdovanoti Nobelio premija fizikos mokslų srityje. A. H. Becquerelis buvo įvertintas už natūralaus radioaktyvumo atradimą, o Marija ir Pierre'as – už tyrimus radiologijos srityje.

Tolesni urano ir naujau atrastų cheminių elementų tyrimai padėjo atrasti net tris skirtingas spinduliuotės rūšis. Pasirodė, kad W. C. Röntgeno atrasti spinduliai turi daug ką bendro su itin skvarbiais gama spinduliais, kuriuos tyrinėdamas radį 1898 m. aptiko prancūzų chemikas Paulis Ulrichas Villardas. Tuo pat metu urano ir radžio tyrimais susidomėjęs Ernstas Rutherfordas išskyrė dvi likusias spinduliavimo rūšis – alfa ir beta. 1899 m. chemikui pavyko nustatyti, kad alfa spinduliavimą sudaro helio atomų teigiamų jonų srautas (tuomet dar nebuvo žinoma, jog egzistuoja toks dalykas, kaip atomo branduolys), kuris atsiranda cheminio elemento skilimo metu. 1908 m. E. Rutherfordas buvo apdovanotas Nobelio premija už cheminių elementų skilimo tyrinėjimus ir radioaktyvių medžiagų chemiją.

Visą su Rentgeno spinduliais tiesiogiai susijusių Nobelio apdovanojimų sąrašą galima peržvelgti čia.