刘海涛

　　一只南美洲亚马逊河流域热带雨林中的蝴蝶，偶尔扇动几下翅膀，可能在两周后在美国德克萨斯引起一场龙卷风。蝴蝶效应是气象学家洛伦兹1963年提出来的。其原因在于：蝴蝶翅膀的运动，导致其身边的空气系统发生变化，并引起微弱气流的产生，而微弱气流的产生又会引起它四周空气或其他系统产生相应的变化，由此引起连锁反应，最终导致其他系统的极大变化。 

　　而西方流传的一首民谣对蝴蝶效应有一个更形象的说明。这首民谣说：丢失一个钉子，坏了一只蹄铁；坏了一只蹄铁，折了一匹战马；折了一匹战马，伤了一位骑士；伤了一位骑士，输了一场战斗；输了一场战争，亡了一个帝国。马蹄铁上一个钉子是否会丢失，本是初始条件的十分微小的变化，但其“长期”效应却是一个帝国存与亡的根本差别。这就是军事和政治领域中的所谓“蝴蝶效应”。有点不可思议，但是确实能够造成这样的恶果。 

　　而在科研领域，蝴蝶效应也是存在的。令人欣慰的是，科研领域的蝴蝶效应有时不是负面的，而是正面的。X射线就是这样的一个例子。 

　　1895年11月8日，长期进行真空阴极射线研究的德国维尔茨堡大学物理所所长威廉•伦琴教授把高压电流通入真空玻璃泡时，观察到从玻璃泡中发出了一种未知的辐射线，该射线可使工作台上的屏幕发出荧光，同时又能使被黑纸包着的底片感光，还能穿透手指骨骼。于是，他意识到有一种不同于可见光的看不见的射线存在，由于刚发现时对这种新射线的本质还不了解，即称之为X射线，后来为了纪念它的发现者，人们也叫它伦琴射线。而现在，几乎每一个材料科研人员的研究都离不开X射线了，可以说，伦琴当年那只蝴蝶扇动翅膀式的发现在如今的材料研究领域引起了一场前所未有的“龙卷风”: 

　　1912年劳厄实验获得成功，一箭双雕地既证明了X射线的本质是一种电磁波，又证明了晶体结构的周期性。继而推导出劳厄方程，奠定了X射线衍射学的基础。1912年到1913年，布拉格父子又总结出形式简单的布拉格定律，成为X射线结构分析的基础。1913年，厄瓦尔德根据吉布斯的倒易空间概念，提出倒易点阵并构造出反射球，从而完成了后人所称道的厄瓦尔德图解法。1916年，德拜与谢乐发展的用X射线研究粉末多晶体结构的方法。直至今日，这些方程、定律和方法经受住了实践的检验和巩固，仍在X射线衍射的应用中宝刀未老，起着重要的基础性作用，在X射线衍射分析工作中大放光彩！同时，现代科学研究中新出现的X射线激光，X射线自由电子激光等，使得X射线衍射这一物理学分支不仅在物理学，而且在包括材料科学的其它学科领域的发展史上占有着光辉的一页！从1901年获诺贝尔物理奖的伦琴开始，一个多世纪以来，因研究X射线技术、以及使用X射线进行研究、与X射线有关的研究而获得诺贝尔奖的据不完全统计，已有十几位科学家，可见X射线在科技发展中占有的重要地位。 

　　而我们在感叹X射线这只当年的“蝴蝶”在为科学和社会带来巨大改变的同时，我们更感兴趣的是为了今后科研界有更多的“龙卷风”，我们如何去发现引发龙卷风的蝴蝶？让我们再看看一百年前伦琴的例子： 

　　就像苹果经常会落地，但是只有牛顿由此首先发现了万有引力一样。为什么X射线由伦琴发现，而没有被进行阴极射线研究的其他科研人员发现？事实上，在伦琴之前，已经有不少人观察到类似现象，例如，英国科学家克鲁克斯曾多次发现放在阴极射线管附近的底片会感光，但他却认为这是个偶然事件（“多次发现”竟认为这是“偶然事件”！），所以没有去深思，也就错失了良机，也难怪在得知伦琴因发现X射线获诺贝尔奖时，克鲁克斯扼腕叹息。而伦琴独具慧眼，发现了这只“蝴蝶”，对偶然情况下出现的异常现象有强烈的兴趣和敏锐的直觉，深知这一偶然发现的重要性，从而抓住了机遇，收获了胜利的果实。 

　　所以，科学研究中，机遇常常是和科学发现伴随而生，科学史上的重大发明或重要发现往往是通过某种机遇开辟道路的。这虽然给科学发展蒙上了神秘的色彩，但正如法国微生物学家巴斯德所说：“在观察的领域中，机遇只偏重那种有准备的头脑。”机遇的实现是要具备客观和主观两个条件的。X射线的发现，客观上是伴随着科学的发展，1878年后在欧洲形成的真空实验热；有了真空实验热，才有了阴极射线管的出现；有了阴极射线管的出现，才有了X射线的出现。客观条件的产生，为机遇的生长提供了土壤，而机遇最终引发了科学的飞跃还在于科学思想指导的主观条件对机遇的发现，识别和捕捉。伦琴在X射线的发现和研究中，就体现出了良好的科学思想：高度强烈的求异心理；百折不挠的求胜心理；一丝不苟的求实心理以及现身科学的求是心理。正是具备了这些科学思想，X射线发现的机遇垂青了伦琴，也成就了伦琴。 

　　其次，在科学思想的指导下发现了问题，就要继续在科学思想的指导下解决问题。当时由于这一重大发现，伦琴本人极度高兴，乐而忘返，一连数天呆在实验室里进行研究。这虽然在社会上引起了一场风波，也产生了对X射线发现的一些负面消极的信息，但伦琴却没有动摇，而是更加坚定了对这种伟大发现的决心，并用科学的研究方法对这种新射线的性质和表现进行了系统深入的研究。伦琴本来是从事阴极射线研究的，但从此之后，他将研究方向转向了这种未知的新射线。从1895年到1897年间，通过大量的科学系统的试验，伦琴确定了此后十六年才完全搞清楚的这些X射线的大部分特性。由此，伦琴在1901年成为了世界上第一个诺贝尔奖获得者。X射线一百多年的发展也无可辩驳地证明了伦琴的科研工作是成功的，伦琴选择了X射线，而X射线也成就了伦琴——世界上第一位诺贝尔奖获得者。 

　　看来，这只“蝴蝶”有时并不是那么难以发现，它可能就在我们身边，就像机遇一样，但如何发现它，就要看我们是不是具有敏锐的触觉了。而一旦我们发现了它，要让它引起一场风暴，还要看我们是不是能够以顽强的毅力和努力去实现它了。但愿会有更多的人像伦琴一样，在科研领域引发一场场的科技风暴！