■ 萧如珀、杨信男 / 文
阿瑟·康普顿（Arthur Holly Compton, 1892～1962）美国物理学家，因发现康普顿效应于1927年获诺贝尔物理学奖
1895年，伦琴（Wilhelm Conrad Roentgen）在研究阴极射线时发现了X射线。虽然当时有人建议将此新射线命名为“伦琴射线”，但因它的本质是个谜，所以伦琴还是坚持以数学上用以代表未知数的符号“X”来称呼它。由于伦琴所发现新型态的射线可以穿透身体的软组织，看得见骨头，在医学诊断上帮助很大，所以马上在全球各地引起轰动。科学家对此新射线更是着迷，用尽各种方法，希望能揭开它的谜底，了解它的本质。
就在伦琴发现X光后不久，法国科学家萨格纳克（Georges Sagnac）注意到，当X光照射到任何物质，不管是固体、液体或气体，都会引发次级辐射，此现象提供了研究X光本质的极佳平台。
接着斯托克斯（G. G.Stokes，1819～1903，英国物理及数学家，1849～1903任剑桥大学卢卡逊（Lucasian）讲座教授）提出了X光为电磁脉冲的观点。
1903年，汤姆孙（Joseph John Thomson，因发现电子，获得1906年诺贝尔物理学奖）将斯托克斯的观点进一步延伸，提出电磁脉冲，即X光，照射在物体上时，电磁场会让物体中的电子加速，依照麦克斯韦的电磁论，电子会将吸收的能量以相同频率的电磁波辐射出去，即所谓的次级辐射。汤姆孙所导出的次级辐射的角分布形状，在教科书中通称为汤姆孙公式。
经由一系列的实验，巴克拉（C.G. Barkla，因研究X光获得1917年诺贝尔物理学奖）印证了汤姆孙公式的正确性，并发现次级辐射也像光在天空中的散射一样，带有极化性。
1912年，劳厄（Max von Laue，1914年诺贝尔物理学奖获得者）完成了X光行经晶体所出现的绕射实验，X光的波动本质终于获得物理学家广泛的认同，其中还包括极力主张X光是由质点组成的威廉·布拉格（W. H. Bragg，1915年诺贝尔物理学奖获得者）。
此外，巴克拉还发现，次级辐射中也含有一些与原入射X光波长不同的辐射，他称之为“特征辐射”。因绝大多数特征辐射的性质均与入射X光无关，只视被照射的物质而定，也就是说，这些特征辐射反映了被照射物质的特性。不过，巴克拉还观察到少量的特征辐射，波长与原入射X光相差不大，与被照射的物质亦无关，他称之为“J特征辐射”。
1913年，原本想专攻机械工程的康普顿受到哥哥的影响，也到普林斯顿大学深造物理，自此与X射线的研究结了缘。1916年，他以《X光的反射及原子内部电子的分布》的论文获得博士学位。
之后，康普顿到明尼苏达大学任教一年，再转赴匹兹堡的西屋灯具公司工作，并为讯号公司研发飞行仪器。两年后，他获得国家研究委员会的奖学金，得以到剑桥大学卡文迪什实验室进修，与汤姆孙的儿子乔治·汤姆孙（G.P.Thomson, 1937年诺贝尔物理学奖获得者）合作研究γ 射线的散射与吸收。他发现γ 射线所产生的次级辐射比较容易被物质吸收，而吸收率的增加被认为是因辐射的波长变大所致，但当时康普顿并无法由吸收率的变化精确地决定出波长的增加量。
一年后，康普顿离开了剑桥，接任华盛顿大学教授兼物理系主任。他立即着手研究，将γ 射线的散射延伸到X光范围，以绕射方法精确地测定入射与散射的X光波长。他将石墨块置于以钼为标靶的X射线管外做为散射体，再以铅板阻绝主辐射，并以几组细缝引导次级辐射照在方解石晶体做成的绕射光栅上，当散射角度是90°时，出现的光谱有两条：一是原辐射钼的Kα线，另一则是波长增加0.024埃（1埃=10-8cm）的谱线。康普顿解释，波长增加0.024埃谱线的次级辐射是源自主辐射被散射体内电子所散射的。
当时，美国国研会成立一研究次级辐射小组，由哈佛大学教授杜安（William Duane）主持。康普顿将自己的发现放在小组的报告中，但杜安不相信他的结果，反对将其收录在正式出版的报告中，幸好赫耳（W. Hull）坚持，康普顿的论文才得以登出。
康普顿的论文一发表，在苏黎世联邦理工大学（ETH），原即有着类似想法的德拜（P. Debye，1936年诺贝尔化学奖获得者）马上写了一篇论文，解释康普顿所观测的波长变化，论点基本上与康普顿的假设相同。康普顿完整的论文在《物理评论》（Physical Review）刊出后几天，德拜有关散射波长变化的论文亦在《物理学刊》（Physicalische Zeitschrift）中发表。
1923年，康普顿在美国物理学会4月年会上报告，说明他发现次级辐射频谱出现了差距约有0.024埃的双峰结构及其解释，引起了极大的轰动。
由于杜安无法认同康普顿的看法，所以美国物理学会于该年底的年会中安排了一场两人的正式辩论会，会后两人还互访对方的实验室，实际了解实验结果相异的原因。后来，威尔逊（C.T.R. Wilson）经由他发明的云雾室观测到X射线与电子碰撞后，反冲电子的轨迹与康普顿的理论预测相吻合，杜安才接受康普顿的见解。
康普顿最终揭开了X射线的谜底。威尔逊和康普顿于1927年因此发现同获诺贝尔物理学奖，X光量子与电子碰撞以致波长增长的发现之后被称为“康普顿散射”，这种现象被称为“康普顿效应”。
爱因斯坦对光电效应的解释说明光具有波及粒子的双重特性，“康普顿效应”则说明短波的电磁波，如X光也带有波及粒子的双重特性。这让物理学家确信所有的电磁波，不管波长大小，都具有波及粒子的双重特性，也多少启发了德布罗意（L. de Broglie，1929年诺贝尔物理学奖获得者）在1927年提出电子应该也具有波及粒子的双重特性。
后记
1930～1940年，康普顿致力于宇宙线的研究，发现了逆康普顿效应，该效应在天体物理中有重要意义。康普顿的主要著作有：《X射线和电子》和《X射线的理论和实验》。1934年，康普顿任美国物理学会主席，1939～1940年任美国科学工作者协会主席。
1941年4月，美国国家科学院成立研究委员会，探讨原子能可能的军事用途，康普顿担任主席。之后，康普顿全力投入原子弹的研究工作，领导芝加哥大学的冶金实验室，负责钚239的生产，以用来制造原子弹。
第二次世界大战后，康普顿离开芝大，回到华盛顿大学担任校长，直到1956年卸任。在任校长期间，康普顿延揽了许多国际知名学者，大幅提升了学校的名气。1961年，康普顿退休，来年因脑溢血病逝加州伯克利。
来源：《现代物理知识》第25卷第5 期，原文题为“1892年9月10日：康普顿的诞生”
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