异书奇踪（十三）：救珍籍群英大聚会

十三、救珍籍群英大聚会

首先参与揭开阿基米德古卷之谜的科学家来自美国罗切斯特理工（ Rochester Institute of Technology ）和约翰 - 霍普金斯大学等研究机构。物理学家罗杰 - 依斯顿（ Roger Easton ）带领研究小组利用不同波长的可见光照射羊皮纸页，由于羊皮和前后两次使用的墨汁对可见光和紫外线的反射稍有不同，更多的文字显现出来。这个技术加上现代电子分析方法，使伊斯顿分辨出很多海伯格当年无法读到的句子。

图二十一：阿基米德古卷解读细节。左：可见光成像。祷告文呈水平走向，阿基米德文稿呈纵向。右：多波长可见光加紫外线成像。

可是，仍有百分之二三十的信息无法恢复，尤其是那四张涂满金粉的书页，伊斯顿的技术一筹莫展，古希腊学者们愁眉紧锁。

两千零三年，一位细高金发的物理学家从美国西海岸的斯坦佛大学乘机飞往德国，参加一个科学会议。乌维 - 伯格曼（ Uwe Bergman ）的专长是 X- 光荧光光谱学，他到德国来的目的是报告利用 X- 光谱学研究菠菜叶子的光合作用，他尤其对植物和蛋白质中微量铁元素的分布感兴趣。

十一月的德国，天色阴沉。他随便打开一本德文杂志《 GEO 》，心不在焉地读着，偶然翻到一篇介绍阿基米德古卷的通俗文章。当他看到古代墨水里含有微量铁的时候，眼前亮光一闪：“这个问题太简单了！”

令学者们大伤脑筋的问题，为什么在伯格曼看来易如反掌？请允许我再回到伦琴的二十世纪初。

正当战争、动乱、饥馑、种族和宗教冲突把世界闹得浑沌不堪的时候，科学家们对原子结构的理解却发生了天翻地覆的变化。原来物质结构比社会结构规矩的多。电子围绕原子核旋转，它们的轨道遵守严格的规律，排列在不同的能级上。光、电等现象既有波动性，又有粒子性。换句话说，对于光电现象的描述，有时用波动的形式来考虑比较方便，比如，两束波长相同的光束在某种条件下会互相干涉；另外一些时候，用粒子的方式来描述比较直观，比如，光束的能量不仅依赖于光的强度，还依赖于震动频率。科学家们还发现，用具有足够高频率的光束照射，金属板会放出电子来。这些新现象令科学家们兴奋不已。

一九零九年，爱因斯坦发表了著名的《放射性的成分与本质的看法之进展》（ The development of our views on the composition and essence of radiation ），预测光的量子性，光子的概念正式得到科学界的认可。光子携带的能量与其频率成正比。人们还发现，具有一定能量的光子打击到原子上，会把原子中的电子从一个能级踢到另一个能极。自然不喜欢处于被激发的高能状态，原子中电子拥挤的能级将多余的电子重新挤出去，以光子的方式放出能量。这种放射被称为 X 光荧光（ X-ray fluorescence ）。有趣的是，每一种的元素释放出来的光子的能量（或频率）都不同，因此人们找到了各个元素自有的独特“指纹”。

读者也许还记得，当时在羊皮纸上书写时，用的是一种特殊墨汁。它由从植物枝干上的孳生物（ tree galls ）煮炼，配以矿物研磨而成。矿物中含有硫化铁。尽管现在字迹十分模糊，但每一笔每一画之下仍然残留了少量的硫化铁，厚度约在一个微米左右（大约头发丝的百分之一）。只要能找到羊皮纸上的铁和硫元素，就能恢复一千多年前的一笔一划。

但是这种“指纹”的强度很弱，难以测量。用 X 光荧光来确定样品的化学成分需要用强烈的高能量 X 光源（也就是高能光子）来照射样品，同时样品也需要足够的大。一般实验室用的 X 光发射机的强度用来探测几乎不存在的墨迹，需要相当长的时间，仪器的光束也不够细小，空间分辨度太低。

同步辐射源（ synchrotron ）正是针对高强度高分辨率发展起来的。这种超巨型 X 光机的原理由美国科学家路易斯 - 阿尔法雷茨（ Luis Walter Alvarez ）在一九五三年提出。阿尔法雷茨建议利用强磁场把自由电子加速到近于光速，电子沿直线飞行，经过磁铁时，在磁场作用下改变运行方向。转向过程中，电子沿着原来直线方向的巨大动量（质量与速度的乘积）以高频光子的方式沿切线延续，就是 X 光。

现代同步辐射源都是庞然大物，一般由直线加速器（ Linear accelerator, 简称 LINAC ）、环形推进器（ Booster ring ）和存储环（ Storage ring ）三大部分组成，成千上万的研究者日以继夜地围绕着存储环工作。美国第三代同步辐射源——高等光子源（ Advanced Photon Source ，简称 APS ）的推进器把电子加速到七十亿电子伏特的巨大能量，使注入存储环的电子的运行速度达到高真空中光速的 99.999999% 以上。如此高的能量下，要改变电子运行方向需要巨大的存储环和超强的磁铁。 APS 的存储环周长达一千二百米，它所发出的 X 光，其强度比原始的铜靶 X- 光发射机高出一万亿倍。一万亿（ one trillion ），这可是个天文数字：一美元的一万亿倍是美国政府今年拯救股市投入资金的总和；用 APS 光源采集一秒钟的数据的强度，相当于用铜靶 X 光机采集三万多年。

有了如此强大的放射源，即使是细小到头发丝的百分之一、千分之一甚至万分之一的笔画，也能把它探测到。
 

图二十二：坐落于芝加哥西南的美国第三代同步辐射源——巨大的“高等光子源”（ APS ）。

可惜伦琴没有看到这一天。这位 X 光先驱者因肠癌去世于一九二三年，死时一文不名。遵从遗嘱，他的所有手稿被付之一炬。他大概做梦也没有想到，自己想不出恰当名字的辐射光会如此强烈辉煌，成为现代实验科学的主要技术之一。