W ostatnich latach XIX wieku dokonano licznych, bardzo ważnych odkryć dotyczących budowy mikroświata i praw nim rządzących. Jednym z najważniejszych było odkrycie promieni X.

W 1895 roku Wilhelm Conrad Roentgen prowadził badania nad zjawiskiem promieni katodowych Jak może pamiętasz w 1896 roku Joseph John Thomson stwierdził, że to promieniowanie, jest w rzeczywistości wiązką poruszających się z pewną prędkością elektronów. Roentgen niedaleko zestawu doświadczalnego położył przypadkowo tekturkę pokrytą fluorescencyjnym minerałem. Zauważył, że substancja ta zaczyna świecić w ciemności, gdy jest włączone źródło promieni katodowych. Natychmiast przystąpił do doświadczeń, których celem było zbadanie owego zjawiska.

Stwierdził, iż jeśli rurę próżniową służącą do badania promieni katodowych okryje się szczelnie cienką czarną tekturą i umieści się w zaciemnionym pokoju to na ekranie pokrytym fluorescencyjnym platynocyjankiem baru (który znajduje się w pobliżu urządzenia) przy każdym wyładowaniu obserwuje się jasne świecenie. Nie jest ważne czy ekran jest zwrócony ku aparaturze stroną z minerałem, czy stroną przeciwną. Fluorescencja występowała nawet, gdy ekran znajdował się dwa metry od rury próżniowej.

Roentgen stwierdził, iż odpowiedzialny za tą fluorescencję musi być czynnik, który może przenikać z wnętrza rury próżniowej poprzez ciemną tekturę (nie przenikliwą dla promieniowania widzialnego czy nadfioletowego) na zewnątrz układu. W kolejnych doświadczeniach naukowiec pokazał, że czynnik ten (nazwał go promieniami X) może w różnym stopniu przenikać przez różne ciała (stopień przezroczystości danego ciała Roentgen oznaczał poprzez stosunek jasności fluoryzującego ekranu umieszczonego za danym ciałem, do jasności ekranu nieosłoniętego). I tak na przykład papier i folia cynkowa mają dużą przezroczystość. Drewno trochę mniejszą. Jeszcze mniejszą ma aluminium. Przezroczyste są cienkie płytki miedzi, srebra, złota, czy platyny (grube płytki już nie). Znacznie mniej przezroczyste okazują się związki zawierające domieszki ołowiu (na przykład szkło ołowiowe). Natomiast warstwy ołowiu są praktycznie dla promieni X nieprzezroczyste. Ciało ludzkie jest w miarę przezroczyste dla owych promieni, jednak przez kości przenika ono w bardzo małym stopniu. Ludzkie oko nie jest wrażliwe na promieniowanie X . Jednak kiedy promieniowanie pada na płytę fotograficzną, ulega ona zaczernieniu. Jeżeli teraz pomiędzy źródło promieni, a płytę fotograficzą włożymy na przykład rękę, to dostaniemy fotografię struktury jej kości. Fakt ten po raz pierwszy został zaobserwowany właśnie przez Roentgena w 1895 roku, a w styczniu 1896 roku w Dartmouth w New Hempshire posłużono się pierwszy raz promieniami X w celu właściwego nastawienia złamanej ręki Eddiego McCarthy. Lekarze i dentyści zyskali nowe potężne narzędzie w walce z urazami i chorobami.

Naukowiec pokazał również, że głównym ośrodkiem, z którego promienie X wysyłane są we wszystkich kierunkach, jest fluoryzująca plamka na ścianie rury do wyładowań (plamka ta powstaje w miejscu, na które pada wiązka promieni katodowych). Jeśli wiązka promieni katodowych zostanie odchylona w polu magnetycznym i wywołuje fluorescencję w innym punkcie, promienie X zmieniają miejsce swojego powstawania. Mogłoby się wydawać więc, że są one po prostu promieniami katodowymi przepuszczonymi przez szklaną obudowę. Jednak promienie X nie są odchylane w polu magnetycznym w przeciwieństwie do promieni katodowych.

Naukowiec dokonał licznych obserwacji i wykonał wiele zdjęć używając odkrytych przez siebie promieni X. Uzyskał na przykład fotografię cienia profilu drzwi oddzielających pokój z aparaturą do wyładowań, od pokoju w którym naświetlał płytę fotograficzną. Zrobił fotografię cienia kości ręki, cienia osłoniętej szpuli drewnianej z nawiniętym drutem, osłoniętego metalem galwanometru z igłą magnetyczną. Zrobił również zdjęcie kawałka metalu, w którego środku mógł dostrzec pewne niejednorodności niewidoczne z zewnątrz.

Czym jednak są owe promienie X? Przez dłuższy czas naukowcy spierali się co do ich natury. Ostatecznie okazało się, iż jest to podobnie jak światło widzialne, fala elektromagnetyczna. Częstotliwość tej fali jest jednak wiele razy większa od częstotliwości fal światła widzialnego. Oczywiście promienie X mają naturę dualną. Można opisywać je również w języku fotonów. Fotony promieni X mają o wiele większą energię od fotonów światła widzialnego.

Jak wytłumaczyć powstawanie promieni X? Otóż elektrony poruszające się z dużymi prędkościami, padając na metalową płytę, są bardzo szybko wyhamowywane. Tracą więc znaczną energię, emitując wysokoenergetyczny foton promieniowania X. Miejsce, na które pada wiązka elektronów staje się źródłem promieniowania X.