在自然界中，大多数射线是肉眼察觉不到的，但是人们可以借助其他办法发现它们，例如热效应的温度计、电磁效应的感应线圈、光效应的荧光显示仪、电离效应的盖革计数器和云室等，还有一种比较容易的办法，这就是用射线的化学效应使底片曝光。不可见的 X 射线就是由德国物理学家威廉・伦琴发现的。
1845 年 3 月 27 日，伦琴诞生于德国莱纳普的一个布匹商人家庭，3 岁时举家迁居荷兰。中小学时伦琴不很用功，喜欢在野外树林中玩耍，更擅长手工，尤其喜好鼓捣机械和电器，这一爱好与习惯终其一生，也使他在以后的发明中受益。1865 年，伦琴进入荷兰乌特勒支大学学习物理学，4 年后在苏黎世联邦工业大学学习机械工程学。在这期间，他选修了著名物理学家克劳修斯的课程，同时担任孔脱教授的助手。克劳修斯诚实的为人与丰厚的学识和修养、孔脱严谨的实验作风与科学的实验方法对伦琴都有着深刻的影响。获得博士学位后，他正式成为孔脱的助手，次年，跟随这位导师回到德国斯特拉斯堡大学工作。
1894 年伦琴担任维尔茨堡大学校长。伦琴的一生主要从事物理实验研究，在很多方面取得重要成果，如充电电介质运动的磁效应、气体的比热容、旋光现象、物质的弹性、毛细现象等，但这些实验成果因为后来的另一项震惊世界的重要发现而没有引起世人注意。事后证明，伦琴的发现对物理学，乃至世界科学技术发展都起到了至关重要的作用。
1895 年 11 月 8 日这一天，伦琴在做阴极射线管试验时，无意间发现了两件奇怪的事：一是在阴极射线管对面放着的一块荧光屏发出了荧光；另一个发现就更让他惊奇了，附近一块感光底版居然变黑了。这块底版用锡纸和硬纸板包裹得严严实实，光是不可能透进去的，他查来查去也找不出使它变黑的理由。
伦琴猜想，这两个奇特的现象必定有其内在原因，最后推断，一定是阴极射线管发射出了一种未知的射线。为了探查究竟，他设法把阴极射线管和荧光屏隔开，先后插入了硬纸板、书本、橡胶板、木板…… 总之一切可以找到的不透光的东西，结果还是不能把这种奇怪的射线挡住。在回忆当时的情况时，伦琴说，这种什么都不能阻挡的射线让他感到了“毛骨悚然”！
直到最后，他在实验室的一角翻出来一块铅板，总算挡住了这种射线。因为实在不知道这是一种什么东西，伦琴就把它叫做“X 射线”。
伦琴被 X 射线彻底迷住了。最初那段时间里，一连很多天，他吃住都在实验室而没有回家。由于对未知射线心生疑虑，他对同事甚至家人都秘而不宣。妻子不知道发生了什么事，到实验室里来看望他，结果一件更奇怪的事发生了。妻子来到实验室以后，伦琴并没有多想，让她把手放在照相底版的包裹上，底版上居然现出了妻子的手骨和结婚戒指的影像。妻子吓得惊叫起来：“我看到自己死了的模样！”伦琴也被这个影像惊呆了。
就这样，在无意中，伦琴的妻子成为人类第一位拍摄 X 射线影像的人。这件事让伦琴感到莫名的恐惧，他很担心这种“鬼魅般的射线”引起非议，但同时又意识到，能透过肌肤看到人的身体里，将是件多么有价值的事，思来想去，最后伦琴决定把它公之于众。
1895 年 12 月 18 日，伦琴的论文发表，题目是“关于一种新射线的研究”。媒体的反应很快，报刊以大字标题刊载了伦琴的新发现，引起了科学界的轰动。惊人的消息迅速传到法国，哲学家彭加勒在巴黎科学院的例会上报告了伦琴的发现和影像照片。这件事被法国物理学家亨利・贝克勒尔得知，以这种未知射线为线索，仅仅用了一年，就发现了元素的放射性，由此引发核物理与核技术的研究，成为人类核科学领域的开端。
伦琴为人类找到了一副可以穿透人体肌肤的“眼镜”，利用这一原理，人们发明了 X 光机。X 光机成为现代医学不可或缺的检查器械，在引领医学大幅度发展的同时，X 光机也成为放射性安全监测的必要工具。在开创放射医学的研究上，在防病、治病的环节上，X 光机成为人类健康的保障；而在安全监测与安全检查上，X 光机也保障着人民生活的安全与社会的安定。
除此以外，近几十年来，X 射线技术更有大幅度的突破与发展，使 X 射线摄像术、X 射线望远镜、X 射线基因突破技术、X 射线结晶学等方向的研究与应用获得长足的进展，而这一切的总起源，都出于一百年前伦琴的那一奇特的发现。
1901 年，被人们尊为放射医学之父的伦琴，因 X 射线的发现获得首届诺贝尔物理学奖，成为世界上获此殊荣的第一人。为使这一发现能让更多人受惠，伦琴并没有为这一发现申请专利。像皮埃尔・居里那样，他也把诺贝尔奖奖金全数捐献了出去。他的奖金全部捐给了维尔兹堡大学作为科研基金。但是他本人却因为“一战”之后的通货膨胀、银行破产造成他生活的拮据。
1923 年 2 月 10 日伦琴因病去世。根据他的遗嘱，他身边的私人用品，包括笔记、日记以及个人实验研究的遗物等，一律销毁，亲友为他举行了简单的送别后，他被葬于德国吉森的埃尔德霍夫老墓地中。他的部分没能完全销毁的手稿和一些遗物经人收集，现珍藏在美国马里兰州著名的贝塞斯达国家医学图书馆。
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