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电子显微镜历史杂谈-Ruska与Nobel物理学奖 精选

已有 11332 次阅读 2013-6-27 10:06 |个人分类:电子显微镜|系统分类:科研笔记| 历史, 物理学, 电子显微镜

Ruska在1931年弄出来那个雏形TEM之后,怎么1986年才拿到Nobel Prize呢,而当时和他分享这个奖的就是STM的两个发明人Gerd Binning和Heinrich Rohrer,而二人是发明STM之后5年就获奖了,这其中有怎样的故事呢?

这个事情要从电镜的专利发明人说起。这个人却不是Ruska,而是一位西门子公司的高级技术人员,他的名字叫:Reinhold Rüdenberg

看了这张照片你的感觉如何?我的感觉是:面相有时候真的很有道理啊。为什么这么说呢,这个要从Ruska和Knoll在制备出那个双透镜的电镜之后,准备做的一次演讲说起。
Knoll要做演讲之前(1931.6.4),也就是1931.5, Rüdenberg的助手Max Steenbeck曾去Knoll实验室参观,了解到Ruska 的实验结果,并且看到了Knoll 的有关Ruska 工作的学术报告手稿,题目是“阴极射线示波器的设计及新结构的原理”,在他们的第一篇论文中也没提到电子显微镜,这里为什么没提这个呢,章效锋的书中说:他们俩还没意识到自己正在向一个全新的领域进军,而Ruska本人在那篇演讲中提到:“Not wishing to be accused of showmanship, Max Knoll and I agreed to avoid the term electron microscope in the lecture Knoll gave in June 1931 on the progress in the construction of cathode ray oscillographs where he also, for the first time, described in detail my electron-optical investigations”,也就是说,二人其实是为了避免被指责“玩概念”,而故意没有说电子显微方面的概念,他还强调:“But, of course, our thoughts were circling around a more efficient microscope.”

好,再回到Max Steenbeck这个人参观实验室,后来,他向Rüdenberg汇报了自己的见闻,这事在Steenbeck这里就算结束了一个工作过程,而Rüdenberg同学就有了一个想法:申请电子显微镜专利!
郭可信先生的金相学史话中提到:Rüdenberg 是一位著名的电子物理学家,除了在西门子公司任科技部总工程师,还兼任柏林高工电机系教授。无论在学识、经验和远见方面都很强。但是他从来没做过磁透镜成像工作, 他的专利申请全凭理论推测得出。据Rüdenberg及他儿子事后说,1930 年他的另一个儿子得了小儿麻痹症,这是由一种过滤性病毒引起的,受到分辨率的限制,光学显微镜对此无能为力。Rüdenberg 为此曾想到用X射线或电子束制造分辨率更高的显微镜。但是,他从来没有发表过这方面的论文,在电镜界也不知名。
但Rüdenberg在1931.5.28向德、法、美等国的专利局提出用磁透镜或静电透镜制造电子显微镜的专利申请,这也是历史上第一次正式提出电子显微镜这个名词,几经周折,1953,1954年他提出的两个电镜专利申请才得到了西德专利局的批准,于是如果从专利角度来说:Rüdenberg才是第一人。

这么说该人面相不好是人品不好似乎有点过,毕竟人家也是一个大牛,无凭无据的,怎么也没法说啊。而且Rüdenberg 是理论家,虽然在电镜界似乎无人知晓,但是他在受到实验家的启发后,立刻想到利用电磁透镜制造电子显微镜,首先认识到可以用电磁透镜成像制造电子显微镜,而电子显微镜这个名称也首先出现在他的专利申请中,从而开辟了一个新领域,还是够牛的。
还有个细节,郭可信先生提到,他参加了Knoll 在1931 年的报告会,坐在第一排,但讨论中一言不发,也不透露他已于一周前递交了电镜的专利申请。可见他城府很深,居心不良。
但这都是臆测,其实最直接的证据来自他的助手Max Steenbeck. 自从二战爆发后,Rüdenberg就逃避迫害(他是犹太人)去了美国,Knoll也去了美国。而Steenbeck在前苏联工作直到1956年7月才回到东德,这时,因为这个事情郁闷了多年的Knoll同学也回到了西德,他在1960 年10月17日写了一封信给Steenbeck,就他曾在Rüdenberg 申请专利前去他的实验室参观一事提出了自己的质疑,Steenbeck 在11月8日的复信中承认了他在参观后向Rüdenberg 做了汇报,并说“Rüdenberg的申请肯定是我访问你的结果,也肯定是从我的见闻中得到的启迪”。

事情终于大白,Ruska在争夺发明权的斗争中有了狠多同情分,但事情还没有这么快解决。

为什么说还没完呢,因为还有一个静电透镜做的透射电镜来竞争,主要代笔人物是:Ernst Brüche,下图左边那位老先生就是他老年的照片:

他代表的是德国通用电气公司AEG,1932年就搞定了一台静电式透镜。

书接上回,德国通用电气AEG公司里的Ernst Brüche于1930年就有意识的在阴极射线示波器中使用电子光学元件,并在之后主导了该公司的静电透镜的研究工。
不像Ruska喜欢动手但对于理论方面有所欠缺,他对于理论方面也很有造诣,并和电镜届的先驱人物Otto Scherzer(这个人就不用我说为什么有名了吧?)一起写了一本奠基性著作《几何电子光学》(Geometrische Elektronenoptik. Berlin: Springer, 1934)。AEG公司不独这位大牛,Hans Mahl, Hans Boersch都是电镜方面的专家,Mahl在1939年制备了AEG公司的第一台静电透镜(这里有点问题,我前面提到,Ernst Brüche制备了第一台静电透镜,而且是在1932年,可能这里有些偏差)。而Hans Boersch则是理论方面见长,1936年就提请各位注意电子透镜成像和电子衍射的关系,并首次演示了电子衍射。他还在1940年发现了菲涅耳衍射条纹(正焦,欠焦过焦有不同的衬度),并给出了正确的解释。

由此可见,AEG对于电镜的贡献尤其是理论贡献那叫一个卓著!所以是谁先发明了电镜,争得不可开交,1939年,即便这边二战打的火热,两大阵营照样争的热烈之极。5年多之后,AEG公司在战争中被重创,电镜业务转给了蔡司公司,这样争论才结束。
相比之下,Siemens公司损失不大,所以有机会继续发展。为了平息两大阵营的争辩,1941年,德国的普鲁士科学院(相当于中科院),两边各给“五十金条”,也就是AEG公司的几个牛人和西门子公司的Ruska等人以及已经去做电视的Knoll老师,都颁发了莱布尼兹银质奖章。

然而细辨根由,这种争斗有些跟Ruska和Knoll当初没有很好的理解自己的发明有关,虽然他自己写到二人是为了避免过于锋芒毕露,没有提出电子显微的说法,暂且相信吧。不过后来(1931年的9月10日)Knoll和Ruska开始使用电子光学一词,这样理论上也算有了奠基人的身份,后来Nobel获奖的原因,委员会也提到是对电子光学方面的重要贡献。
除了公司之间的正面争斗,以别人的工作为启发点申请专利,据郭可信先生讲,其实还有Ruska和von Borries两人之间的争斗,因为后者是Ruska的七妹夫,还是在艰苦研发阶段最亲密的合作伙伴,这两人的争斗的确让人寒心,不过我没有找到这方面的资料,其中缘由,不便妄谈。

我上课时给学生讲,涉及到利益,组织不可靠,朋友不可靠,甚至亲人都不可靠。可靠的只有自己。


1986年12月10日,经过二战,多年之后,在多个有争议权人中,只有Ruska一人活了下来,那时Ruska已经是将近80岁(还有15天就过80岁生日),站在瑞典斯德哥尔摩city-hall(市政厅)里,我想他一定会感慨万千吧。

两年之后,老先生去世了,人命自有天定,只需努力做好自己的工作,不要太多想才好。

相比之下,STM的两个发明人就幸运的多,从发明到拿奖,5年就一鸣惊人。不过这里面也有一些有趣的故事,以后再讲。

先传一张他们的照片

其实还有一张照片:


对比一下,就知道,原来科学家也很注意形象啊。



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