Зловещий и всепроникающий: невидимый свет, который потряс и изменил мир
Эти правдивые истории, заимствованные из недавних медицинских журналов и выпусков новостей, весьма необычны, но наглядно показывают, почему рентгеновские лучи продолжают привлекать нас и через 100 лет после их открытия. На первый взгляд, дело в том, что они могут обнаружить самые глубокие тайны организма, продемонстрировать невидимые увечья и болезни, подсказать стратегию лечения. Но, как мы убедились на примере этих историй, иногда рентгеновские лучи открывают и более мрачные человеческие тайны, рассказывая о насилии над детьми, ужасах военного времени, психических болезнях или постыдных культурных традициях. Сегодня мы изумляемся — и иногда побаиваемся — скромного рентгеновского луча, способного открыть правду, которая в считаные секунды изменит всю жизнь человека.
Открытие рентгеновских лучей в 1895 г. стало для мира чем-то средним между наукой и магией. Глядя на снимок своего тела, мы сталкиваемся с тревожным парадоксом. Мы получаем наглядное подтверждение того, что у нас есть внутренний механизм и он занят важной работой — и одновременно видим скелет, напоминающий о неизбежности смерти. И все же в этих изображениях есть особая магия: наметанный глаз без труда увидит в облачных пятнах и игре теней историю конкретной болезни и определит, как вылечить травму. Эта благородная уловка за прошедшее столетие помогла спасти или улучшить миллионы жизней.
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.
