1914年諾貝爾物理獎：馬克斯・范勞厄

如何證明X射線是一種電磁波動？1914年諾貝爾物理獎得主馬克斯・范勞厄（Max von Laue）發現了X射線的繞射現象，證明了其波動性質。

 

 
1901年，第一屆諾貝爾物理獎授與倫琴，表揚他在1896年發現X射線。往後十多年間，許多科學家投入X射線研究，可是一直未能證明X射線到底是粒子還是波動。難度在於X射線的能量高，不容易設計實驗去觀察其波動性質。

波動有許多物理特性，例如折射、繞射、干涉等等。如果X射線是電磁波，那麼就必定會如同可見光一樣，會折射、繞射、干涉。可是，由於X射線的波長非常短，折射率非常接近1，以當時的技術不可能觀察到X射線的折射。
 
繞射實驗也不容易。根據繞射定律，繞射光柵的間距通常設為繞射波長的10倍或以下。X射線的波長約為1納米上下，所以光柵間距就約等於10納米。但這大小的光柵難以製造，因為10納米已差不多等於晶體中原子之間的距離了。

 

然而范勞厄卻想到可以直接使用晶體作為繞射光柵。不過，當年科學界仍然不確定晶體的結構，因此范勞厄的晶體繞射實驗並不一定能夠成功。范勞厄和他的實驗團隊使用一個有洞的鉛盒，X射線源放在中央，所以X射線就只能向一個方向發射。這也是後來很多放射性實驗的基本設置。他們發現，放於晶體兩旁和後面的菲林顯影出繞射光譜。他們發現，實驗光譜（上圖）與波動繞射預測的結果一樣，因此就證實了X光是種波長極短的電磁波。

范勞厄以晶體進行X射線繞射實驗，除了證實其電磁波性質外，更開創了一門新學問：X射線晶體學（X-ray crystallography）。物理學家能夠透過X射線的繞射、散射光譜，準確估計晶體之中原子的結構和排列。尋找DNA和很多藥物的化學結構，都依賴X射線晶體學的研究。

科學研究帶來的結果，往往出人意表。X射線晶體學對科學、醫學發展都非常重要。1914年與1915年的諾貝爾物理獎，都頒給對X射線晶體學有重大貢獻的科學家。我們下回再來分解！