Открытия, которые изменили мир - Джон Кейжу

Загадка рентгеновских лучей, или икс-лучей (X-rays), отражена даже в их названии — таинственной букве «икс», как будто подразумевающей: эта сила столь далека от обыденного мира, что ей невозможно найти подходящее название. Действительно, в рентгеновских лучах есть что-то жутковатое. Они пронзают наше тело со скоростью света, открывая все наши внутренние тайны, но сами при этом остаются невидимыми, неслышными и неосязаемыми.

В отличие от остальных прорывов в медицине, открытие рентгеновских лучей не стало кульминацией ряда последовательных шагов в биологии и медицине. Скорее это был результат десятилетий прогрессивной работы в области электричества и магнетизма. Поэтому в данном случае мы начнем с момента открытия рентгеновских лучей и проследим за тем, как они шаг за шагом превратились в медицинское достижение.

И эти шаги поистине примечательны. Волна изумления прокатилась по миру после их открытия: обнаружены всевозможные способы их использования, вскоре подтвердившие свою беспрецедентную ценность в диагностической медицине; выяснилось, что лучи могут излечивать рак и другие болезни; наконец, состоялось трагическое знакомство с опасным, даже смертоносным аспектом их воздействия. В то же время лучи помогли произвести переворот в сознании, изменили наши представления о реальности. Они появились как раз в то время, когда ученые с головой ушли в исследование природы физического мира, открывая структуру атома и квантовую физику, и долгие годы никто точно не знал, что представляют собой эти лучи и как вообще возможно их существование. Как однажды сказал аудитории Вильгельм Рентген, в 1901 г. получивший Нобелевскую премию по физике[9] за открытие лучей, названных в его честь: «Даже увидев своими глазами, как лучи проходят сквозь различные предметы, в том числе мою руку, я не мог поверить, что не стал жертвой какого-то обмана».

Но все же Рентген вскоре поверил в реальность лучей, а вслед за ним, увидев первый снимок, поверил и весь мир. Ничего подобного этой туманной фотографии, запечатлевшей руку жены ученого, где кости и мягкие ткани просматривались так же отчетливо, как обручальное кольцо на пальце, люди раньше не видели. Во всем мире немедленно поднялась буря восторга, ужаса, безудержных слухов и домыслов. Как позже вспоминал Рентген, мир увидел первый снимок, тайна выплыла наружу, и, как он выразился, «разверзлись бездны».

Веха № 1

Как человек, допоздна засидевшийся на работе, открыл примечательный «новый вид лучей»

Пятничным вечером в ноябре 1895 г. уважаемый немецкий физик Вильгельм Рентген, оставшись в одиночестве в своей лаборатории, решил немного подурачиться. Он задумал пропустить электричество через закупоренную грушевидную стеклянную трубку и посмотреть, как ее края начнут испускать зловещее флуоресцентное свечение. Рентгена никак нельзя было назвать легкомысленным человеком. Пятидесятилетний ректор Вюрцбургского университета опубликовал уже более 40 научных работ, посвященных разным физическим вопросам. До недавнего времени он не проявлял интереса к экспериментам с «электрическими разрядами», но теперь его любопытство пробудила странная находка, о которой сообщил другой физик.

Уже более 30 лет физики знали, что, пропуская высоковольтный электрический ток через вакуумную трубку, можно создать в ней отрицательный полюс — катод, — который будет испускать невидимые «лучи», заставляющие трубку светиться. Эти лучи, вполне логично, назвали «катодными», хотя никто точно не знал, что они собой представляют. Сегодня мы называем их электронами — это заряженные частицы, окружающие атом и создающие своим движением поток электричества. Но тогда катодные лучи были загадкой, и когда в начале 1890-х физик Филипп Ленард открыл их новое свойство — способность проходить сквозь алюминиевое окошко в стеклянной трубке и протягиваться на несколько сантиметров за ее пределы, — многие ученые, включая Рентгена, были заинтригованы.

В тот исторический вечер, 8 ноября 1895 г., Рентген всего лишь пытался повторить эксперимент Ленарда, однако счастливое стечение обстоятельств привело его к судьбоносному открытию. Во-первых, он решил накрыть стеклянную трубку (трубку Крукса) плотным картоном и погасить в комнате свет, чтобы лучше рассмотреть люминесцентное свечение, когда лучи пройдут сквозь алюминий и появятся за пределами трубки. Во-вторых, он по случайности оставил на другом столе маленький светочувствительный экран.

Рентген выключил свет, пропустил заряд через трубку Крукса и увидел, что рядом с ней на расстоянии нескольких сантиметров появилось слабое свечение. Но вдобавок произошло кое-что совершенно неожиданное. Еще одно пятно зловещего желтовато-зеленого свечения появилось в темноте в нескольких метрах от трубки. Рентген почесал затылок, проверил оборудование и повторил опыт. Странное свечение снова появилось на другом конце комнаты. Он включил свет и тут же увидел, откуда оно исходит: от лежащего на столе светочувствительного экрана. Рентген переместил экран, снова пропустил разряд через трубку Крукса и еще несколько раз проверял и перепроверял свою находку, пока наконец не вынужден был признать, что глаза его не обманывают. Из трубки Крукса исходили какие-то «лучи». Они достигали экрана и заставляли его светиться. Более того, это явно были не катодные лучи, поскольку расстояние от трубки до экрана составляло около 2 метров — в 25 раз больше того расстояния, которое могли покрыть катодные лучи.

За изучением этих лучей Рентген засиделся допоздна, а затем посвятил их исследованию еще полтора месяца. Вскоре он понял, что расстояние, которое способны покрыть невидимые лучи, — на самом деле наименее примечательное их свойство. Во-первых, когда он направлял лучи на светочувствительный экран, тот светился, даже если был повернут обратной стороной. Это означало, что лучи проходят через экран насквозь. Могут ли они проходить через другие твердые предметы? В ходе следующих экспериментов Рентген выяснил, что лучи легко проникают через две колоды карт, деревянную болванку и даже книгу объемом в 1000 страниц, неизменно достигая экрана и заставляя его светиться. Впрочем, плотные материалы, например свинец, могли полностью или частично блокировать лучи, и от этого на экране появлялись тени.

Во время этих экспериментов Рентген и сделал свое главное и самое потрясающее открытие. В какой-то момент, пропуская лучи через очередной предмет, чтобы определить, сможет ли тот их остановить, он вдруг с изумлением понял, что видит на экране не только тень собственных пальцев, сжимающих предмет, но и внутри них очертания… своих костей. Так Рентген подошел к эпохальному открытию. Он уже знал, что материалы разной плотности способны в разной степени поглощать лучи, но это был совсем новый поворот. Если объект состоит из деталей разной плотности — как человеческое тело, состоящее из костей, мускулов и жира, — лучи, проходящие сквозь него, будут бросать на экран тени разной яркости, таким образом обнаруживая внутреннее строение объекта.

Когда Рентген спроецировал тень своих костей на экран, он одновременно достиг двух целей: открыл рентгеновские лучи и создал первый в мире рентгеноскоп. Однако лишь через полтора месяца, 22 декабря 1895 г., он получил первый в мире перманентный рентгеновский снимок, направив недавно открытые лучи через руку своей жены на фотопластину.

Сделав свое открытие, Рентген еще полтора месяца работал тайно и в одиночестве. Иногда он оставался ночевать в лаборатории, нередко забывал поесть. Об открытии он почти никому не рассказывал, кроме, возможно, жены и пары самых близких друзей. Одному из них он заметил с присущей ему скромностью: «Я нашел кое-что интересное, но пока не знаю, верны ли мои наблюдения». Все это время Рентген методично исследовал свойства необыкновенных новых лучей, проверяя, какие материалы их пропускают и может ли их отразить призма или магнитное поле.

Наступило время рождественских праздников, и Рентген наконец описал свою находку в немногословной десятистраничной статье под названием «О новом виде лучей». В этой работе он впервые использовал термин «икс-лучи» и предположил — совершенно верно, — что они каким-то образом возникают, когда катодные лучи ударяются о стенки стеклянной трубки. 28 декабря 1895 г. Рентген выслал свою статью для публикации в периодическом выпуске «Трудов» Физико-медицинского общества Вюрцбурга. Через несколько дней он получил оттиски, а 1 января нового 1896 г. разослал 90 конвертов с ними коллегам-физикам по всей Европе. В 12 конвертов он вложил фотографии, сделанные с помощью новых лучей. В основном на них были изображены простые предметы: компас или набор гирек в коробке. Но внимание всего мира привлекла только одна из них — фотография руки его жены с проступающими костями и кольцом на пальце.