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回顾过去一百年中，作为重要发现的X射线， 在自然科学的发展中作出过重大的贡献。下面我们分别给以简单的叙述。
1 X射线对物理学科研究的作用
X射线的发现引导了天然放射性的发现， 而对天然放射性的研究又导致居里夫妇发现放射性元素钋和镭，伦琴（W.C.Rontgen）、 贝可勒尔（Becquerel）、和居里夫妇都获得了诺贝尔物理学奖， 他们取得成就的原因从思维方式上看，注重科学推理，在实际工作中勤奋严谨、尊重事实。1896年1月20日法国科学院周会上，彭加勒（J.H.Poincare）出示了伦琴寄给他的最早的X射线照片， 科学院的另一位院士贝可勒尔（其家族以研究荧光和磷光闻名于世已有60年的历史）马上意识到X 射线与荧光之间很可能有什么关系，于是立即投入研究。他把铀盐放在照相底片上用黑纸包住放在太阳底下晒，以产生荧光和X射线。 后来有一次因为一连几天的阴天下雨无法实验，只好把黑纸包锁在抽屉里。等天气放晴后，由于贝可勒尔的细心严谨，在实验前首先检查底片，意外发现底片感光且是前所未有的强烈[1]。经反复验证， 贝可勒尔确认是一种新的带电荷射线，穿透能力比X射线还要强。他于1896年5月18日宣布了他的实验结果，提出这种放射性是原子自身的作用。放射性的发现吸引了一批杰出的物理学家。居里夫妇首先投入到放射性的研究之中，提出了“放射性是铀本身的原子特性”。在分离放射性物质时发现铀的沥青矿渍中放射性比铀本身强4倍。推想其中有新的放射性元素。 在极端困难的情况下于1898年7月发现放射性元素钋，12月发现镭。1906 年皮·居里遇车祸身亡，居里夫人忍住悲痛，继续从事研究。1910年她分离出0.1g纯镭，并确定镭发射的β射线是电子流。1911年她再度被授予诺贝尔化学奖，成为第一个在不同领域二次获奖的科学家。镭的发现促进了放射性的研究，再加上电子的发现，使卢瑟福原子结构模型得以建立，为原子物理学奠定了基础。
现在人们都知道X射线是电磁波，即具有波动性又具有粒子性， 但当时人们并不明确。1912年德国物理学家劳厄（M.vonLaue ）通过晶体衍射实验得到了衍射图样一劳厄图，证实了X射线的波动性[2]。同时也证明了晶体点阵结构的周期性（在此之前无法证明）他因此荣获1914年诺贝尔物理学奖。1912年劳厄图的公布引起了亨·布拉格（HenrBragg）和劳·布拉格（Lawrence Bragg）父子的注意，他们使用X射线分光计对晶体结构进行精心研究，认为晶体中整齐排列相互平行的原子面可以看成衍射光栅，并推导出著名的布拉格公式。1913年亨·布拉格制成第一台X射线摄谱仪[3]。布拉格父子奠定了X射线结构分析和X射线谱学的基础，为深入研究物质内部结构开辟了可靠途径。布拉格父子同获1915年诺贝尔物理学奖。1917年英国的巴克拉（Barkla）因发现元素的次级X射线标识谱获1917年诺贝尔物理学奖。1921年瑞典的西格班（Siegbahn）设计出研究光谱用的真空分光镜。并通过分析这些X 射线标识谱的相似性提出由内层电子发射形成。他还证明了巴克拉发现的K辐射和L辐射，并发现了新的线系及L系、K系结构。1924年西格班用棱镜折射X射线成功，用实验直接证明了X射线是短波长的电磁波。由于以上贡献他荣获1924年诺贝尔物理奖。
1920年康普顿在华盛顿大学用X射线做散射试验， 发现经靶散射后波长变长而且出射方向与入射方向有偏离，后被称为“康普顿效应”。1923年康普顿用光量子理论解释这一现象，证明了X射线的粒子性， 并证实了能量、动量守恒对微观粒子适用性。由于他的贡献，获得了1927年诺贝尔物理学奖[2]。
2 X射线研究对化学的影响
1903年莫塞莱（Moseley）发现 X射线波长与原子序数的关系后，X射线分析成为寻找未知元素的有力手段，铪和铼就是利用X射线特征谱线发现的[4]。对X射线本质的研究派生出研究物质内部结构和成份的好方法，推动了化学的发展，造就了一批诺贝尔奖得主。在此之前建立简单的离子化合物的结构还是个难题，套用有机结构理论、原子价和分子等概念几乎使研究陷于绝境。1913年劳·布拉格用X射线法确定了氯化钠和氯化钾的晶体结构，这是两个最早测定的晶体。至1913年底，布拉格父子已经把晶体结构分析技术整理成一套标准操作规程——晶体结构X射线衍射测定法。它的建立正符合当时化学中分子结构要深入到内部去的理论研究的需要。通过X射线粉末法、回转法、 魏森堡法等方法及强度公式的提出大大发展了结构分析。在戈德施密特（V.M.Goldschmid）及其他科学家共同努力下，1927年戈德施密特提出了结晶化学定律[4]。1928年鲍林（L.C.Pauling）总结出五个关于离子化合物的规则[4]，后来发展为比较完备的价键理论。鲍林因对化学键本质的研究及对复杂物质结构的阐述被授予1954年诺贝尔化学奖。荷兰科学家德拜（Debye）利用偶极矩、X射线衍射和电子衍射研究分子结构获1936年诺贝尔化学奖。1934年苏联的切伦科夫（Cherenkov）发现用X射线照射晶体或液态物质会发出微弱蓝光，即切伦科夫效应，1937年夫兰克（Frank）与塔姆（Tamm）对切伦科夫效应作出电磁理论解释，他们三人因此获1958年诺贝尔物理学奖。美国的豪普特曼（H.A.Hauptman）教授和卡尔勒（J.Karle）从20世纪50年代开始从事X射线晶体学中相角问题和矩阵理论研究。随着电子计算机的发展及衍射仪的改进，他们合作创立了测定晶体结构的直接方法，因而分享了1985年诺贝尔化学奖[2]。X射线结构方法与化学方法紧密结合开创了研究天然有机物的新方法。1949年英国人D.Crowfoot等在青霉素的化学结构一无所知的情况下测定了青霉素的晶体结构。1957年测定了B[,12]的晶体结构。在此基础上主要从事结晶分析的英国女化学家、1964年诺贝尔奖得主霍奇金（Hodgkin）进一步测定了维生素B[,12]、胆固醇碘化物、青霉素等生物分子结构[5]。德国的戴森霍尔、胡贝尔和米歇尔三位科学家借助X光结晶分析法，阐明了绿毛红假胞菌光合作用膜蛋白－色素复合体反应中心的结构，获1988年诺贝尔化学奖。
3 X射线的应用及对生物科学的影响
布拉格父子用X射线衍射方法研究晶体结构， 开始只研究无机化合物，后来转到有机晶体的分析方面[3]， 这对分子生物学来说是关键性的。当时他们所在的卡文迪什实验室集中了许多世界一流的科学家，如巴克拉、莫塞莱，佩鲁茨（M.F.Perutz），肯德鲁（J.C.Kendrew），阿斯特伯里（W.T.Astbury）等，其中许多为诺贝尔奖得主。 以布拉格为首的这些科学家，使英国走在了科学前沿。1933年生理医学奖得主，美国生物学家摩尔根（T.H.Morgan）用果蝇做实验，创建了基因理论[6]，他的学生马勒（H.T.Muller）继续其工作，用X射线诱发果蝇基因突变，这是第一个公认的人工改变基因的事例，他因此获1946年诺贝尔生理学和医学奖。著名物理学家诺贝尔奖得主薛定谔在《生命是什么？》一书中对基因突变作出解释。在薛定谔的影响下，马勒的学生沃森（J.D.Watson）没有去作果蝇的研究。1951年5月他听到了英国生物物理学家威尔金斯（M.H.F.Wilkins）关于DNA的X衍射报告，第一次看到了DNA结晶的衍射照片，并得知卡文迪什实验室正在做蛋白质结构的X衍射分析的消息后，立即赴英国生物科学中心。物理学家克里克（F.H.C.Crick）也是受了薛定谔的影响而加入到生物小组中来的。他与鲁佩茨、肯德鲁和布拉格合作研究血红蛋白和肌红蛋白的分子结构[6]。 蛋白质结构测定是X射线分析在生物学中取得的重大进展之一。 沃森和克里克最后把注意力集中到DNA晶体结构的研究上。 沃森有比较雄厚的生物化学、量子化学的功底，对核酸和蛋白质也比较熟悉，克里克是物理学家但对生物学有浓厚的兴趣，从事了多年蛋白质X衍射的研究， 处于结晶分析的前沿。他针对血红蛋白结构的复杂性，打破了卡文迪什生物小组思考生物分子结构的一些旧思路，所以这是一对最好的搭挡。当时对遗传信息的载体到底是DNA还是蛋白质争论不休。 沃森和克里克采百家之长融为一体，他们利用威尔金斯和晶体结构学家富兰克林（R.Franklin）DNA－X衍射照片，从世界结构学权威鲍林建立的蛋白质α螺旋模型受到启发，但没有按照他们的思维模式往下进行。他们设想不仅要与X射线衍射资料一致，而且还要顾及自催化（指DNA本身的遗传自我复制）和异催化（指DNA如何指示蛋白质的合成）双重功能的分子模型，还要注意到与非生命物质的本质区别。在解决了碱基配对难题后，终于在1953年3月18日成功地建立了DNA双螺旋结构模型[6]。他们三人同获1962年诺贝尔生理医学奖。佩鲁茨和肯德鲁则由于成功分析了血红蛋白和肌红蛋白的结构而荣获1962年诺贝尔化学奖。1954年，大爆炸理论的创始人伽莫夫提出蛋白质遗传密码的设想，随后不久三名美国科学家破译了DNA所载遗传密码，并因此获1968年诺贝尔生理学医学奖。他们的发现标志着分子生物学的诞生。X射线在生物学中的应用，大大推动了生物学从细胞水平向分子水平的过渡，从而产生了以分子生物学为代表的多门当代生物学的新学科。以DNA双螺旋结构为开端的近50年的生物学革命席卷了全球。随着计算机技术、电子技术、显微成像技术的发展，人们已经能够修饰DNA片断。目前无论从生命起源到转基因植物，克隆动物，还是从干细胞（未成熟细胞）克隆人体器官到生物芯片，到人类基因组测序，甚至人们称21世纪为生物经济世纪，都不能忘记二位科学家。在20世纪最著名人物中沃森、克里克与邱吉尔、甘地及爱因斯坦并驾齐驱。他们铺平了认识生物学的性质的道路，是二战后最主要的科学成就。
X射线对其他领域的发展也起到了巨大的推动作用。探测天体的X射线辐射诞生了X射线天文学，导致射电天文学的诞生。X射线衍射分析发展了材料科学。特别是粉末X 射线技术的发明对测定多晶材料有了更有效和便利的方法。
4 X射线与CT技术
X射线发现以后，最早的应用是在医学上。通过X射线可以看清骨骼上的小裂痕也可以发现关节疾病，初期肺结核和人体中异物等。X 射线发现的消息传到美国仅4天，就用它发现了留在患者脚里的子弹[7]。随着临床诊断的发展，很快形成了X射线诊断的专门学科， 现已被广泛应用。随着X射线电视技术的发明和影像增强器的使用，使医生摆脱了暗室操作，避免了X射线辐射。也大大减少了对患者的伤害。但X射线成像方法只能得到立体结构的平面像，不同层面影像互相重迭。为克服这个缺点发明了计算机断层成像技术（CT）。1917年奥地利数学家Radon首先从数学上证明了物体投影的无限集合重建三维图像的可能性。1961年美国物理学家Cormack对数学重建方法用于放射医学作了深入研究[8]。从1967年开始英国电子工程师Hounsfield将计算机技术引入，1968年申请了专利，1970年研制成用于头部扫描的CT机。1971年第一台应用于临床的XCT机安装在英国伦敦的阿特金森－莫里医院，10月4日检查了第一例病人。他们二人共获1979年诺贝尔生理学医学奖。
CT机的发明震动了医学界，被称为自X 射线发现以来放射诊断学上最重要的成就。很快地XCT技术被广泛应用。 可以说只要存在检测信号就期望能用计算机断层成像技术（CT），以得到高分辨率断层成像。核磁共振就是一例[2]。早在1924 年理论物理学家泡利为了解释原于光谱的精细结构，提出原子核具有角动量的假设。1946年美国哈佛大学教授珀塞尔（E.M.Purcell）和斯坦福大学教授布洛赫（F.Bloch）各自独立地发现了核磁共振（NMR）现象，并荣获1952年诺贝尔物理学奖。1967年杰克逊在活体中得到NMR信号。20世纪60年代末CT机发明以后，设想用NMR信号作为CT信号，经许多科学家的努力，终于在20世纪80年代初用于临床。
XCT机发明以前核医学已经有相当地发展， 人们利用扫描机和γ照相机探测注射入人体内的示踪医学核素发射的γ光子来诊断疾病。但由于受计数的制约，空间分辨率低。CT机发明以后，人们把CT技术引入检测体内γ光子分布情况。这种技术叫发射型计算机断层摄影（ECT），它分为单光子发射型CT（SPECT）和正电子发射型CT（PECT）[9]。目前SPECT已广泛应用于临床。虽然其空间分辨率不如XCT高、在反映器官上的解剖图像上能力差，但在反映正常组织和病态组织的功能差异上却比XCT优越。PECT是使病人吸入或注入半衰期很短的能释放正电子的核素，正电子与人体内负电子在极短时间内相遇湮灭放出一对γ光子。检测这一对γ光子，得到图像所需数据。PECT在临床上可用于器官显像、动态功能测定和形态观察。它是目前唯一能够无损伤情况下直接观测正常人脑活动的仪器。它的对比度和深度分辨率均优于常规医学图像。但因为它需附设生产半衰期短的放射性同位素的加速器装置，价格昂贵，需多种专业人员合作，尚不能广泛应用。
一般情况下X照像不能得到血管信息，20世纪80 年代兴起了一项医学影像新技术——数字减影血管造影（简称DSA）， 他的原理是利用计算机系统将造影部位注射造影剂前的透视影像转换成数字形式贮存于记忆盘中称作蒙片。然后将注入造影剂后的造影区的透视影像也转换成数字，并减去蒙片的数字，将剩余的数字再转换成图像，剩下的只是清晰的纯血管造影[10]。
超声CT（USCT）是用超声波作为探射线的计算机断层成像系统，称为超声CT。由于超声波在人体内传播会发生散射、折射甚至衍射，重建理论比较复杂。所以断层成像分辨率和清晰度不够好。目前只用于XCT不便使用的软组织如乳房、睾丸、颈部等。同样在同步辐射中X 射线有很大用途。
科学是无止境的，如对X 射线成像目前正在研究充分利用平板薄摸板晶体管（TFT）技术（有源阵列），制成“高分辨率实时成像板”，使X射线摄影彻底实现无胶片化，全数字化。光学CT，这将是21 世纪继续研究的领域。启动于20世纪后期，利用近红外或红外波段的光进行断层成像。由以上围绕X射线发现及有关的诺贝尔奖项分析， 清楚地看出一项重大的发现和技术发明会产生多么巨大的影响。它不仅仅是近代物理学的起点，而且使物理学发展成为一次现代科学革命。可以说X 射线的发现开辟了一个新的科学技术的时代，而且还要继续发展下去。