É fácil provar que a causa da fluorescência procede do aparelho de descarga, e não de qualquer outro ponto do circuito condutor.
2. A característica mais surpreendente deste fenômeno é o fato de que um agente ativo aqui passa por um envoltório de papelão preto, que é opaco aos raios visíveis e ultravioletas do sol ou do arco elétrico; um agente, também, que tem o poder de produzir fluorescência ativa. Portanto, podemos primeiramente investigar a questão de se outros corpos também possuem esta propriedade.
Logo descobrimos que todos os corpos são transparentes a este agente, embora em vários graus diferentes. Darei em seguida alguns exemplos: papel é muito transparente (por ``transparência'' de um corpo denoto o brilho relativo de uma tela fluorescente colocada proximamente por trás do corpo, referido ao brilho que a tela mostra sob as mesmas circunstâncias, mas sem a interposição do corpo); atrás de um livro encapado de cerca de mil páginas, vi a tela fluorescente acender brilhantemente, a tinta do impressor quase não oferecendo o menor obstáculo. Da mesma forma, a fluorescência aparecia atrás de um baralho duplo de cartas; uma única carta colocada entre o aparelho e a tela sendo quase imperceptível ao olho. Uma única folha de zinco também quase não se percebe; somente após várias camadas terem sido colocadas uma sobre a outra é que sua sombra é distintamente vista na tela. Grossos blocos de madeira também são transparentes, tábuas de pinho de dois ou três centímetros de espessura absorvem apenas levemente. Uma chapa de alumínio de cerca de quinze milímetros de espessura, embora enfraquecesse seriamente a ação, não causou o total desaparecimento da fluorescência. Folhas de borracha dura de vários centímetros de espessura ainda permitem que os raios passem através delas (por brevidade, usarei a expressão ``raios''; para distingui-los de outros deste nome, os chamarei de ``raios X''; outros os chamaram de raios de Röntgen, a que Röntgen fortemente se opôs). Placas de vidro de igual espessura comportam-se bastante diferentemente, dependendo de conterem chumbo (flint glass) ou não; os do primeiro tipo são muito menos transparentes do que os do segundo. Se a mão for colocada entre o tubo de descarga e a tela, a sombra mais escura dos ossos é vista dentro da sombra ligeiramente escura da própria mão. Água, disulfito de carbono e vários outros líquidos, quando examinados em vasos de mica, também parecem ser transparentes. Se o hidrogênio for em grau considerável mais transparente do que o ar, não fui capaz de descobrir. Atrás de placas de cobre, prata, chumbo, ouro e platina, a fluorescência pode ainda ser vista, embora somente se a espessura das placas não for muito grande. Platina de espessura de 0,2 milímetro ainda é transparente; as placas de prata e cobre podem ser ainda mais espessas. Chumbo de espessura de 1,5 milímetros é praticamente opaco; devido a esta propriedade, este metal é freqüentemente muito útil. Um bastão de madeira com uma seção quadrada (milímetros), em que um dos lados é pintado de branco com tinta de chumbo, comporta-se diferentemente de acordo com a maneira como é colocado entre o aparelho e a tela. É quase inteiramente sem ação quando os raios X passam através dele paralelamente ao lado pintado, enquanto que o bastão projeta uma escura sombra quando se faz com que os raios o atravessem perpendicularmente ao lado pintado. Numa série semelhante à dos próprios metais, seus sais podem ser arrumados com referência a sua transparência, seja na forma sólida ou em solução.
3. Os resultados experimentais que foram agora apresentados, bem como outros, levam à conclusão de que a transparência de substâncias diferentes, supostas de igual espessura, é essencialmente condicionada pela sua densidade: nenhuma outra propriedade se faz sentir como esta, certamente em tão alto grau.
As experiências seguintes mostram, no entanto, que a densidade não é a única causa em ação. Examinei, com referência a sua transparência, placas de vidro, alumínio, calcita e quartzo, de quase a mesma espessura; embora estas substâncias sejam quase iguais em densidade, era, no entanto, bem evidente que a calcita era sensivelmente menos transparente que as outras substâncias, que pareciam quase exatamente iguais. Nenhuma fluorescência da calcita particularmente forte, especialmente em comparação com o vidro, foi observada.
4. Todas as substâncias tornam-se menos transparentes com aumento da espessura. Para encontrar uma possível relação entre transparência e espessura, fiz fotografias em que porções da chapa fotográfica eram cobertas com camadas de folha de zinco, variando o número de folhas superpostas. Medidas fotométricas destas serão realizadas quando puder utilizar um fotômetro adequado.
5. Folhas de platina, chumbo, zinco e alumínio foram enroladas de tal espessura que todas pareciam quase igualmente transparentes. A tabela seguinte contém a espessura absoluta destas folhas medida em milímetros, a espessura relativa referente à da folha de platina e suas densidades:
Podemos concluir por estes valores que metais diferentes possuem transparências que de forma nenhuma são iguais, mesmo quanto o produto da espessura pela densidade é o mesmo. A transparência aumenta muito mais rapidamente quando este produto decresce.
6. A fluorescência do platinocianeto de bário não é o único efeito reconhecível dos raios X. Deveria ser mencionado que outros corpos também fluorescem, tais como, por exemplo, os compostos de cálcio fosforescente, o vidro de urânio, vidro ordinário, calcita, sal de rocha, etc.
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Não fui capaz de provar experimentalmente que os raios X sejam também capazes de produzir uma ação de aquecimento; entretanto, podemos bem assumir que este efeito está presente, já que a capacidade de os raios X se transformarem é provada através dos fenômenos de fluorescência observados. É certo, portanto, que todos os raios X que caem sobre uma substância não a deixam desta forma.
A retina do olho não é sensível a estes raios. Mesmo que o olho seja trazido perto do tubo de descarga, ele nada observa, embora, como a experiência prova, os meios contidos no olho devem ser suficientemente transparentes para transmitir os raios.
7. Após ter reconhecido a transparência de várias substâncias de espessura relativamente considerável, apressei-me a ver como os raios X se comportavam ao passar por um prisma, e como descobrir se eram ou não desviados por ele.
Experiências com água e com disulfito de carbono incluso em prismas de mica de ângulo de refração de cerca de 30 mostraram nenhum desvio, seja com tela fluorescente ou na chapa fotográfica. Para comparar, o desvio de raios de luz ordinária sob as mesmas condições foi observado; notou-se que neste caso as imagens desviadas caíam na chapa cerca de 10 ou 20 milímetros distante da imagem direta. Através de prismas feitos de borracha dura e de alumínio, também de ângulo de refração de cerca de 30, obtive imagens na chapa fotográfica em que algum pequeno desvio talvez possa ser reconhecido. Entretanto, o fato é bastante incerto; o desvio, se existir, sendo tão pequeno que em qualquer caso o índice refrativo dos raios X nas substâncias mencionadas não pode ser maior do que 1,05 na melhor das hipóteses. Com uma tela fluorescente fui incapaz de observar qualquer desvio.
Até o presente momento, experiências com prismas de metais mais densos não forneceram qualquer resultado definitivo, devido a sua fraca transparência e a conseqüentemente diminuída intensidade dos raios transmitidos.
Com referência às condições gerais aqui envolvidas, por um lado e, por outro, à importância da questão de os raios X poderem ou não ser refratados ao passar de um meio para outro, é muita sorte que este assunto possa ser investigado ainda de outra maneira do que com a ajuda de prismas. Corpos finamente divididos em camadas suficientemente espessas espalham a luz incidente e peremitem que somente um pouco dela passe, devido a reflexão e refração. Portanto, se os pós forem tão transparentes aos raios X quanto as mesmas substâncias em massa o forem (pressupondo quantidades iguais de material), segue imediatamente que nem refração nem reflexão regular ocorrem em qualquer grau sensível. Experiências foram tentadas com sal de rocha finamente triturado, com pó de prata eletrolítico fino e com poeira de zinco, tais como se usa em investigações químicas. Em todos estes casos, nenhuma diferença foi detectada entre a transparência do pó e da substância em massa, seja por observação com a tela fluorescente ou com a chapa fotográfica.
É óbvio, pelo que foi dito, que os raios X não podem ser concentrados por lentes; nem uma grande lente de borracha dura, nem uma lente de vidro têm influência sobre eles. A figura da sombra de um bastão redondo é mais escura no meio do que na ponta, enquanto que a imagem de um tubo cheio com uma substância mais transparente que seu próprio material é mais clara no meio do que na ponta.
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Outras substâncias comportam-se em geral como o ar; são mais transparentes aos raios X do que aos raios catódicos.
11. Uma outra diferença, muito importante, entre o comportamento de raios catódicos e de raios X, está no fato de que não consegui, apesart de muitas tentativas, obter uma deflexão dos raios X por um ímã, mesmo em campos muito intensos.
A possibilidade de deflexão por um ímã tem, até o momento presente, servido como uma propriedade característica dos raios catódicos; embora tivesse sido observado por Hertz e Lenard que há diferentes tipos de raios catódicos, ``que são distintos entre si pela sua produção de fosforescência, pela quantidade de sua absorção e pela extensão de sua deflexão por um ímã.'' Uma deflexão considerável, no entanto, era notada em todos os casos investigados por eles, de modo que não acredito que esta característica deva ser desconsiderada, exceto por razões estritas.
12. De acordo com as experiências especialmente elaboradas para testar a questão, é certo que o ponto na parede do tubo de descarga que fluoresce mais forte é para ser considerado como o centro principal de onde os raios X são emitidos em todas as direções. Os raios X procedem deste ponto onde, de acordo com os dados obtidos por diferentes investigadores, os raios catódicos batem na parede de vidro. Se os raios catódicos dentro do aparelho de descarga forem defletidos por meio de um ímã, observa-se que os raios X provêm de outro ponto -- explicitamente, daquele que é o novo ponto onde terminam os raios catódicos.
Por esta razão, portanto, os raios X, que é impossível defletar, não podem ser raios catódicos simplesmente transmitidos ou refletidos sem mudança pela parede de vidro. A maior densidade do gás fora do tubo de descarga certamente não pode dar conta da grande diferença na deflexão, de acordo com Lenard.
Portanto, cheguei à conclusão de que os raios X não são idênticos aos raios catódicos, mais que são produzidos pelos raios catódicos na parede de vidro do aparelho de descarga.
13. Esta produção não ocorre apenas no vidro, mas, como fui capaz de observar em um aparelho revestido por uma placa de alumínio de 2 milímetros de espessura, também neste metal. Outras substâncias deverão ser examinadas mais tarde.
14. A justificativa para usar o nome ``raios'' para o agente que provém da parede do aparelho de descarga retiro em parte da formação inteiramente regular de sombras, que são vistas quando corpos mais ou menos transparentes são colocados entre o aparelho e a tela fluorescente (ou a chapa fotográfica).
Observei, e em parte fotografei, muitas figuras de sombras deste tipo, cuja produção possui um charme particular. Possuo, por exemplo, fotografias da sombra do perfil de uma porta que separa as salas que, de um lado, era colocado o aparelho de descarga, e no outro, a chapa fotográfica; a sombra dos ossos da mão; a sombra de um fio encapado enrolado num carretel de madeira; de um conjunto de pesos encerrado numa caixa; de um galvanômetro em que a agulha magnética é inteiramente recoberta por metal; de um pedaço de metal cuja falta de homogeneidade torna-se observável por intermédio dos raios X, etc.
Outra prova conclusiva da propagação retilínea dos raios X é a fotografia pinhole que consegui fazer do aparelho de descarga quando estava envolto em papel preto; a figura é fraca mas inequivocamente correta.
15. Tentei de muitas maneiras determinar fenômenos de interferência dos raios X; mas, infelizmente, sem sucesso, talvez apenas devido a sua fraca intensidade.
16. Foram iniciadas, mas não concluídas, experiências para apurar se forças eletrostáticas afetam de alguma maneira os raios X.
17. Ao considerar a questão sobre que são os raios X -- que, como vimos, não podem ser raios catódicos -- possamos talvez ser levados primeiramente a pensar neles como luz ultravioleta, devido a sua fluorescência ativa e suas ações químicas. Mas, ao fazê-lo, encontramo-nos contra as mais graves considerações. Se os raios X forem luz ultravioleta, esta luz precisa ter as seguintes propriedades:
(a) Ao passar do ar para a água, disulfito de carbono, alumínio, sal de rocha, vidro, zinco, etc., não sofre refração observável.
(b) nenhum dos corpos mencionados pode refleti-los regularmente em qualquer medida apreciável.
(c) Não pode ser polarizados por qualquer dos métodos comuns.
(d) Sua absorção é influenciada por nenhuma outra propriedade de substâncias tanto quanto por sua densidade.
Isto é, devemos supor que estes raios ultravioleta comportam-se inteiramente diferentemente dos raios ultravermelho, visível e ultravioleta que são conhecidos até o momento.
Fui incapaz de chegar a esta conclusão e, portanto, procurei outra explicação.
Parece existir algum tipo de relação entre os novos raios e raios de luz; pelo menos, isto é indicado pela formação de sombras, pela fluorescência e pela ação química produzidos por ambos. Agora, sabemos há bastante tempo que pode haver no éter vibrações longitudinais além das vibrações de luz transversas. E, de acordo com as opiniões de diferentes físicos, estas vibrações devem existir. Sua existência, é verdade, não foi provada até o presente e, conseqüetemente, suas propriedades não foram investigadas por experiências.
Não deveriam, então, os novos raios ser atribuídos a vibrações longitudinais no éter?
Devo confessar que no decorrer da investigação tornei-me cada vez
mais confiante de que esta idéia é correta e, portanto, me permito
anunciar esta conjectura, embora seja completamente ciente de que a
explicação dada ainda necessita de uma confirmação
adicional.
18. Era de meu conhecimento na época da minha primeira publicação que os raios X podem descarregar corpos eletrificados e conjecturo que nas experiências de Lenard eram os raios X, e não os raios catódicos, que passaram sem alteração através da janela de alumínio de seu aparelho, que produziu a ação descrita por ele sobre corpos eletrificados à distância. Atrasei, no entanto, a publicação de minhas experiências até que pudesse contribuir com resultados isentos de críticas.
Estes resultados podem ser obtidos somente quando as observações são realizadas num espaço que é protegido completamente, não apenas de forças eletrostáticas provenientes do tubo de vácuo, dos fios condutores, do aparelho de indução, etc., mas é também fechado contra o ar que provém da vizinhança do aparelho de descarga.
Para assegurar estas condições, construí uma câmara com placas de zinco unidas por solda, que era suficientemente grande para conter a mim mesmo e o aparelho necessário, que pudesse ser hermeticamente fechada, e que tivesse uma abertura que pudesse ser fechada por uma porta de zinco. A parede oposta à porta era coberta em sua maior parte por chumbo. Num lugar próximo ao aparelho de descarga, que foi montado fora da caixa, a parede de zinco, junto com o revestimento de folha de chumbo, era cortada numa largura de 4 centímetros e a abertura era novamente hermeticamente coberta com uma folha fina de alumínio. Os raios X penetravam através desta janela no espaço de observação.
Observei os seguintes fenômenos:
(a) Corpos eletrificados no ar, carregados tanto positiva como negativamente, são descarregados se os raios X incidirem sobre eles. Este processo segue mais rapidamente quanto mais intensos forem os raios. A intensidade dos raios era estimada por sua ação sobre uma tela fluorescente ou uma placa fotográfica.
É irrelevante, em geral, se os corpos eletrificados são condutores ou isolantes. Até o presente, não encontrei qualquer diferença específica no comportamento de corpos diferentes com referência à taxa de descarga, nem quanto ao comportamento da eletricidade positiva ou negativa. Entretanto, não é impossível que pequenas diferenças possam existir.
(b) Se o condutor elétrico estiver envolto, não por ar, mas por um isolante sólido, por exemplo, parafina, a radiação possui a mesma ação que resultaria da exposição do envoltório isolante a uma chama conectada à terra.
(c) Se esta envoltória isolante for rodeado por um condutor bem justo ligado à terra e que, como o isolante, transparente aos raios X, a radiação produz sobre o condutor eletrificado interno nenhuma ação que possa ser detectada pelo meu aparelho.
(d) As observações notadas em (a), (b) e (c) indicam que o ar através do qual os raios X passaram possui o poder de descarregar corpos eletrificados com os quais entra em contato.
(e) Se isto for realmente o caso e se, além do mais, o ar retiver esta propriedade por algum tempo após ser exposto aos raios X, então deve ser possível descarregar corpos eletrificados que não foram, eles próprios, expostos aos raios, ligando-os ao ar que, sim, sofreram exposição.
Podemos nos convencer de várias maneiras que esta conclusão é correta. Um método experimental, embora talvez não o mais simples, será descrito abaixo.
Usei um tubo de latão de 3 centímetros de comprimento e 45 centímetros de largura. A uma distância de alguns centímetros de uma ponta, uma parte da parede do tubo foi cortada e substituída por uma fina placa de alumínio; na outra ponta, através de uma tampa hermética, uma bola de latão presa a um bastão de metal foi introduzida no tubo de tal forma a tornar-se isolante. Entre a bola e a ponta fechada do tubo foi soldado um tubo lateral que podia ser ligado a um aparelho de exaustão, de modo que quando isto estivesse em ação, a bola de latão estava sujeita a uma corrente de ar que em seu caminho através do tubo tinha passado pela janela de alumínio. A distância da janela até a bola era maior do que 20 centímetros.
Coloquei este tubo dentro da câmara de zinco em tal posição que os raios X pudessem entrar pela janela de alumínio do tubo perpendicular a seu eixo. A bola isolante jaz, então, na sombra, fora do alcance da ação destes raios. O tubo e a caixa de zinco eram conectados por um condutor, a bola era ligada a um eletroscópio de Hankel.
Foi agora observado que uma carga (seja positiva ou negativa) dada à bola não era influenciada pelos raios X, enquanto que o ar permanecesse em repouso no tubo, mas que a carga instantaneamente decrescia consideravelmente se, por exaustão, o ar que tinha sido sujeito aos raios era retirado passando pela bola. Se, por meio de células de armazenamento, a bola fosse mantida a um potencial constante e se o ar modificado fosse retirado continuamente através do tubo, uma corrente elétrica surgiria como se a bola estivesse ligada à parede do tubo por um condutor pobre.
(f) Surge a questão de como o ar perde a propriedade que lhe é dada pelos raios X. Não está ainda estabelecido se ele perde esta propriedade gradualmente por si próprio -- i. e., sem entrar em contato com outros corpos. Por outro lado, é certo que um breve contato com um corpo de grande superfície, que não precisa estar eletrificado, pode tornar o ar inativo. Por exemplo, se um rolha for empurrada dentro do tubo de tal forma que o ar modificado passe por ela antes de alcançar a bola eletrificada, a carga na bola permanece inalterada, mesmo quando está ocorrendo a exaustão.