Wilhelm Conrad Röntgen

Wilhelm Conrad Röntgen

27. 3. 1845–10. 2. 1923

Německý fyzik Wilhelm Conrad Röntgen se narodil 27. března 1845 v Lennepu (dnes součást města Remscheid v Severním Porýní-Vestfálsku) jako jediné dítě v rodině obchodníka. Otec Friedrich Conrad Röntgen byl obchodník se suknem a textilní výrobce. Matka Charlotte Constanze Frowein pocházela z Amsterdamu – ze staré lennepské rodiny, která se kdysi usadila v Nizozemsku. Holandský původ matky proto Wilhelma celý život s Nizozemskem spojoval.

V jeho třech letech (1848) se rodina přestěhovala k matčině rodině do nizozemského Apeldoornu, kde Wilhelm strávil dětství a dospívání. Navštěvoval tam soukromou internátní školu Martinuse Hermana van Doorna. Učitelé ho hodnotili jako průměrného žáka, který se víc než studiu věnoval pobytu v přírodě a konstrukci mechanických přístrojů – mimořádný cit pro praktickou zručnost mu pak zůstal po celý život.

Röntgen student

V roce 1862 nastoupil sedmnáctiletý Wilhelm Conrad Röntgen na Utrechtskou technickou školu, odkud byl ale na základě falešného obvinění vyloučen – někdo jiný nakreslil na tabuli karikaturu profesora, Röntgen znal autora, ale odmítl ho prozradit. Vyloučení mu zhatilo cestu k maturitě (Abitur) a tím i k řádnému univerzitnímu studiu v Německu a Nizozemsku.

V roce 1865 se Röntgen pokusil zapsat na univerzitu v Utrechtu, ale bez maturity ho přijali pouze jako externího posluchače. Když zjistil, že Federální polytechnika v Curychu (dnes ETH Zurich) přijímá studenty na základě přijímací zkoušky bez maturity, odešel do Švýcarska. Zde se zapsal jako řádný student strojního inženýrství a 6. srpna 1868 získal inženýrský diplom. V červnu 1869 obhájil v Curychu i doktorát z filozofie (Ph.D.) prací Studie o plynech (Studien über Gase). Jeho školitelem a mentorem se stal o šest let starší fyzik August Kundt, který ho přijal jako svého neplaceného asistenta – tato spolupráce měla pro další Röntgenovu vědeckou kariéru zásadní význam.

Wilhelm Conrad Röntgen
Wilhelm Conrad Röntgen

Manželství

V curyšském období se Röntgen seznámil s Annou Berthou Ludwigovou (1839–1919), dcerou švýcarského hostinského a neteří básníka Otta Ludwiga. Vzali se 19. ledna 1872 v Apeldoornu. Manželství zůstalo bezdětné; v roce 1887 si manželé Röntgenovi adoptovali šestiletou Josephinu Berthu, dceru Annina zesnulého bratra. Anna Bertha doprovázela manžela na všech jeho akademických zastávkách a byla mu po celý život blízkou společnicí – jak se ukáže dále, vstoupila i do dějin medicíny.

Röntgen učitel

Röntgen byl především uznávaným představitelem experimentální fyziky. Po doktorátu zůstal v Curychu jako Kundtův asistent a v roce 1870 ho následoval do Würzburgu. Tamní univerzita ale odmítla Röntgenovu habilitaci kvůli chybějícímu Abituru. Když Kundt v roce 1872 přešel na nově ustavenou německou univerzitu v Štrasburku (Kaiser-Wilhelm-Universität), vzal Röntgena s sebou. Štrasburk měl liberálnější předpisy: Röntgen tu mohl 13. března 1874 habilitovat a začít jako soukromý docent (Privatdozent).

V dalších letech postupoval po akademickém žebříčku:

V letech v Giessenu mu byly nabídnuty profesury i v Jeně a Utrechtu, obě však odmítl. Setrval u Giessenu, dokud nedostal výzvu z Würzburgu, kde se mu otevřela zároveň pozice ředitele Fyzikálního ústavu.

Vědecká práce před objevem X-paprsků

Svou první vědeckou práci, věnovanou tepelným vlastnostem plynů, publikoval Röntgen v roce 1870. Později publikoval studie o piezoelektrických a pyroelektrických vlastnostech krystalů, o tlakovém vlivu na index lomu kapalin, o dvojlomu kapalin v elektrickém poli (potvrzení Kerrova jevu) a o teplotní závislosti stlačitelnosti vody.

V giessenském období Röntgen experimentálně prokázal, že dielektrikum, které se pohybuje v elektrickém poli rovinného kondenzátoru, vyvolává magnetické pole – jev později nazvaný Röntgenův proud (termín zavedl Hendrik Antoon Lorentz). Tento výsledek byl jedním z důležitých experimentálních potvrzení Maxwellovy elektrodynamiky a přispěl k formulování Lorentzovy elektronové teorie. I bez svého pozdějšího slavného objevu by Röntgen patřil mezi přední experimentální fyziky 19. století.

Objev paprsků X (1895)

Wilhelm Conrad Röntgen je nejvíce spojován s objevem paprsků X, dnes obvykleji označovaných jako rentgenové záření. Učinil ho ve své laboratoři ve würzburském Fyzikálním ústavu na přelomu let 1895/1896, kdy zkoumal projevy elektrického výboje v různých typech výbojek po vzoru prací Heinricha Hertze, Johanna Hittorfa, Williama Crookese a Philippa Lenarda.

Večer 8. listopadu 1895 Röntgen pracoval s Lenardovou trubicí, jejíž tenké hliníkové okénko propouštělo katodové paprsky ven; aby okénko ochránil před silným polem, obalil trubici přiléhavým černým kartonem. V zatemněné komoře pak ke svému překvapení uviděl, jak vedle aparatury několik metrů daleko světélkuje stínítko potažené vrstvou kyanidu platinato-barnatého (Ba[Pt(CN)4]·4 H2O) – přestože celá trubice byla nepropustně zakryta. Záření procházelo kartonem, dřevem, papírem i tenkými vrstvami kovů. Röntgen si toho byl natolik vědom, že se na sedm týdnů prakticky uzavřel v laboratoři, jedl a spal v ní a systematicky studoval vlastnosti nového záření.

Brzy zjistil, že paprsky X mají odlišnou pohltivost v látkách různé hustoty a složení a že zčerňují fotografickou desku. Po sérii pokusů s různými předměty (závaží, kovové součástky, klíče) přemluvil 22. prosince 1895 svoji manželku, aby na patnáct minut položila levou ruku na fotografickou kazetu. Vzniklý snímek Hand mit Ringen („Ruka s prsteny“) zobrazil kosti prstů a snubní prsten Anny Berthy a stal se prvním rentgenovým snímkem člověka v historii. Paní Röntgenová tehdy údajně po pohledu na vlastní kostru zvolala: Viděla jsem svou smrt!

Předběžné sdělení o objevu pod titulem Über eine neue Art von Strahlen („O novém druhu záření“) odevzdal Röntgen 28. prosince 1895 Würzburské fyzikálně-lékařské společnosti. Společně se sdělením rozeslal kolegům v Evropě i USA otisky svých radiografií. Senzace zasáhla noviny během několika týdnů a na začátku roku 1896 už lékaři v Evropě i Americe začali rentgenové snímky používat k lokalizaci zlomenin a cizích těles. Röntgen sám své záření důsledně nazýval paprsky X (písmeno X coby v matematice neznámá), v němčině a mnoha dalších jazycích včetně češtiny se však ustálilo označení rentgenové záření.

Röntgen své paprsky nepatentoval – chtěl, aby zůstaly volně k dispozici pro výzkum a medicínu, a celé bohatství z objevu věnoval würzburské univerzitě. Své jediné veřejné přednášce o objevu se podrobil 23. ledna 1896 ve Würzburgu, kde demonstroval účinek tím, že prosvítil ruku anatoma Alberta von Köllikera; ten poté navrhl, aby se paprsky nazývaly „röntgenovými“, čemuž Röntgen sám příliš nakloněn nebyl.

V roce 1901 obdržel Wilhelm Conrad Röntgen za svůj objev vůbec první Nobelovu cenu za fyziku. Slavnostní řeč při udílení cen ale nepřednesl – v souladu se svou skromnou povahou se omluvil. Celou finanční částku (50 000 švédských korun) později věnoval würzburské univerzitě.

Význam objevu pro radiologii a fyziku

Röntgenův objev otevřel cestu zcela novému odvětví medicíny – radiodiagnostice. Lékaři získali nástroj, jak nahlédnout do nitra těla bez chirurgického zákroku. Z rentgenového záření se postupně vyvinula klasická skiagrafie, později skiaskopie, mamografie i moderní výpočetní tomografie (CT). Vedle medicíny našlo rentgenové záření uplatnění v materiálovém výzkumu (defektoskopie), v chemii (rentgenová strukturní analýza, jíž se odhalila struktura DNA, bílkovin a tisíců nerostů), v letištní bezpečnosti i v astrofyzice (rentgenové dalekohledy zkoumající horká kosmická prostředí).

Pro fyziku znamenal objev počátek moderní fyziky: krátce po Röntgenovi se v rychlém sledu objevil Becquerelův objev radioaktivity (1896), Thomsonův objev elektronu (1897) a dále kvantová hypotéza Maxe Plancka (1900). Sám Röntgen ale později k žádnému srovnatelně významnému objevu už nedospěl; o dalším výzkumu rentgenového záření publikoval celkem tři práce (1895–1897).

Po Röntgenovi nese jméno také jednotka rentgen [R], historická jednotka expozice ionizujícího záření (1 R odpovídá náboji 2,58·10−4 C uvolněnému v 1 kg vzduchu). V roce 2004 navíc IUPAC pojmenoval po Röntgenovi prvek s protonovým číslem 111: roentgenium (značka Rg), supertěžký radioaktivní prvek poprvé syntetizovaný v Darmstadtu v roce 1994.

Podpis W. C. Röntgena
Röntgenův podpis

Röntgen člověk

Wilhelm Conrad Röntgen byl velmi skromný a tichý člověk. Jen výjimečně se účastnil veřejných akcí a poct, které jeho objev vyvolal, odmítl velkou většinu nabídek čestných doktorátů i šlechtických titulů (od bavorského krále přijal řád, ale šlechtický predikát „von“ k jménu odmítl). Miloval pobyt v přírodě a především bavorské Alpy, kam často jezdíval s manželkou na turistiku a horolezecké výlety.

Roky první světové války a poválečnou hyperinflaci v Německu Röntgen prožíval těžce. Po smrti manželky (1919) zůstal sám a jeho úspory rychle ztratily hodnotu, takže své poslední roky strávil v chudobě. Ve své závěti nařídil zničení převážné části své vědecké korespondence – tím chtěl zabránit pozdějšímu zveřejnění věcí, které sám za svého života zveřejnit nechtěl. Sběratele to dodnes mrzí, odhalují se však občas dochované zlomky.

Náhrobní deska Wilhelma Conrada Röntgena v Giessenu
Náhrobní deska Wilhelma Conrada Röntgena – Alter Friedhof, Giessen (foto The Foodman)

Wilhelm Conrad Röntgen zemřel 10. února 1923 v Mnichově na karcinom střeva (rakovinu střev). Pohřben byl podle svého přání vedle svých rodičů a manželky v rodinné hrobce na hřbitově Alter Friedhof v Giessenu – v městě, kde strávil devět tvůrčích let své akademické kariéry.

Časté otázky k Wilhelmu Röntgenovi

Kdy a jak Röntgen objevil paprsky X?

Objev se obvykle datuje do 8. listopadu 1895, kdy Röntgen v zatemněné laboratoři würzburského Fyzikálního ústavu pracoval s Lenardovou výbojkou zakrytou černým kartonem a všiml si, že nedaleko stojící stínítko potažené kyanidem platinato-barnatým zelenavě světélkuje. Sedm následujících týdnů strávil v laboratoři systematickým zkoumáním a 28. prosince 1895 odevzdal Würzburské fyzikálně-lékařské společnosti předběžné sdělení Über eine neue Art von Strahlen.

Proč se paprskům říká „X“?

Röntgen je tak nazval proto, že jejich povaha byla v okamžiku objevu neznámá – písmeno X v matematice tradičně označuje neznámou. Sám preferoval tento neutrální název, ale v němčině, češtině a mnoha dalších jazycích se ustálilo označení rentgenové záření (Röntgenstrahlen). Angličtina si naopak Röntgenův původní termín X-rays ponechala.

Kdo byl na prvním rentgenovém snímku?

Levá ruka Röntgenovy manželky Anny Berthy s snubním prstenem na prsteníku; snímek Hand mit Ringen („Ruka s prsteny“) vznikl 22. prosince 1895 expozicí asi 15 minut. Anně Bertě se tehdy údajně zatočila hlava ze setkání s vlastní kostrou a zvolala: Viděla jsem svou smrt.

Proč Röntgen svůj objev nepatentoval?

Domníval se, že jeho přístroj by měl být k dispozici lidstvu jako celku, a chtěl, aby se rentgenové záření mohlo volně používat ve výzkumu i medicíně. I peníze z Nobelovy ceny (50 000 švédských korun) věnoval würzburské univerzitě.

Existuje jednotka nebo prvek pojmenovaný po Röntgenovi?

Ano, oboje. Rentgen [R] je historická jednotka expozice ionizujícího záření (1 R = 2,58·10−4 C·kg−1 vzduchu); v SI byla nahrazena coulombem na kilogram, v dozimetrii se však někdy stále uvádí. Po Röntgenovi je pojmenován také roentgenium (Rg), prvek s protonovým číslem 111, syntetizovaný v Darmstadtu v roce 1994 a oficiálně pojmenovaný IUPACem v roce 2004.

Na co Röntgen zemřel?

Na karcinom střeva (rakovinu střev) 10. února 1923 v Mnichově ve věku 77 let. Dlouhodobá souvislost s rentgenovým zářením není pravděpodobná, protože Röntgen při svých pokusech používal zařízení o nízkých proudech a intenzitách. Pohřben je v rodinné hrobce na hřbitově Alter Friedhof v Giessenu.

Další informace

Použity materiály publikované na serveru NobelPrize.org.