Важное в науке — не столько получение новых фактов, сколько открытие новых способов их осмысления.
Сэр Уильям Лоуренс Брэгг был австралийским по происхождению британским физиком и кристаллографом рентгеновских лучей, открывшим в 1912 году закон Брэгга дифракции рентгеновских лучей, который является основным для определения структуры кристаллов. Он был совместным лауреатом вместе со своим отцом, Уильямом Генри Брэггом, Нобелевской премии по физике в 1915 году «За их труды по анализу структуры кристаллов с помощью рентгеновских лучей»; важный этап в развитии рентгеновской кристаллографии.
Брэгг был посвящён в рыцари в 1941 году. По состоянию на 2020 год он остаётся самым молодым лауреатом Нобелевской премии по физике, получив награду в возрасте 25 лет; самым молодым лауреатом Нобелевской премии в любой области является Малала Юсафзай, получившая Нобелевскую премию мира в 2014 году в возрасте 17 лет. Брэгг был директором Кавендишской лаборатории в Кембридже, когда об открытии структуры ДНК было сообщено Джеймсом Д. Уотсоном и Фрэнсисом Криком в феврале 1953 года.
Биография
Ранние годы
Брэгг родился в Аделаиде, Южная Австралия, у сэра Уильяма Генри Брэгга (1862–1942), профессора математики и физики Университета Аделаиды, и Гвендолин (1869–1929), дочери сэра Чарльза Тодда, государственного астронома Южной Австралии.
Он рано проявил интерес к науке и математике. Вскоре после начала учёбы в школе он упал с трёхколёсного велосипеда и сломал руку. Его отец, который читал об экспериментах Рентгена в Европе и проводил собственные эксперименты, использовал только что открытые рентгеновские лучи и своё экспериментальное оборудование для исследования сломанной руки. Это первое зафиксированное хирургическое применение рентгеновских лучей в Австралии.
В 1900 году Брэгг учился в Queen's School в Северной Аделаиде, затем пять лет в St Peter's College в Аделаиде. В возрасте 16 лет он поступил в Университет Аделаиды для изучения математики, химии и физики, получив диплом в 1908 году. В том же году его отец принял должность профессора физики (Кавендишского кресла) в Университете Лидса и переехал с семьёй в Англию. Брэгг поступил в Trinity College в Кембридже осенью 1909 года и получил крупную стипендию по математике, несмотря на то, что сдавал экзамен в постели, болея пневмонией. После первоначальных успехов в математике он перешёл на курс физики в последние годы учёбы и окончил его с отличием в 1911 году. В 1914 году Брэгг был избран членом Trinity College — звание члена Кембриджского колледжа предполагает представление и защиту диссертации.
Помимо всего прочего, Брэгг собирал раковины; его личная коллекция насчитывала образцы примерно 500 видов; все собраны им лично в Южной Австралии. Он открыл новый вид кальмара — Sepia braggi, названный в его честь Джозефом Верко.
Карьера
Рентгеновские лучи и уравнение Брэгга
Состав рентгеновских лучей был неизвестен; его отец утверждал, что рентгеновские лучи — это потоки частиц, другие говорили, что это волны. Макс фон Лауэ направил пучок рентгеновских лучей на кристалл перед фотографической пластиной; рядом с местом, где пучок попал на пластину, были дополнительные пятна от отражённых лучей — следовательно, рентгеновские лучи — это волны. В 1912 году в качестве аспиранта первого года в Кембридже В. Л. Брэгг, прогуливаясь по берегу реки, понял, что кристаллы, состоящие из параллельных слоёв атомов, не будут дифрагировать пучки рентгеновских лучей, падающие на их поверхность под большинством углов, потому что рентгеновские лучи, отклоняющиеся при столкновении с атомами, будут не в фазе и будут взаимно гаситься. Однако когда пучок рентгеновских лучей падал под углом, при котором расстояния, которые он проходил между слоями атомов в кристалле, равнялись длине волны рентгеновского излучения, отражённые лучи были бы в фазе и создавали бы пятно на близлежащей плёнке. Из этого озарения он вывел простое уравнение Брэгга, которое связывает длину волны рентгеновского лучика и расстояние между слоями атомов в простом кристалле с углами, под которыми падающий пучок рентгеновского излучения отражался бы.
Его отец построил аппарат, в котором кристалл можно было вращать под точными углами, измеряя при этом энергию отражений. Это позволило отцу и сыну измерить расстояния между слоями атомов в ряде простых кристаллов. Они рассчитали расстояние между атомами, исходя из массы кристалла и постоянной Авогадро, что позволило им измерить длины волн рентгеновского излучения, производимого различными металлическими мишенями в рентгеновских трубках. В. Х. Брэгг представил их результаты на встречах и в статье, отдав признание своему «сыну» (не названному по имени) за уравнение, но не как соавтору, что причинило его сыну «некоторые душевные страдания», которые он так и не преодолел.
Работа в звукоразведке
Брэгг был назначен офицером в начале Первой мировой войны в Королевскую конную артиллерию в должности младшего лейтенанта батареи Лестершира. В 1915 году он был командирован в Королевский инженерный корпус для разработки метода определения местоположения вражеской артиллерии по звуку её выстрелов. 2 сентября 1915 года его брат был убит во время Галлипольской кампании. Вскоре после этого он и его отец были награждены Нобелевской премией по физике. Ему было 25 лет, и он остаётся самым молодым лауреатом науки. Проблема с звукоразведкой заключалась в том, что тяжёлые орудия с басом вибрировали на слишком низкой частоте, чтобы быть обнаруженными микрофоном. После месяцев разочаровывающих неудач он и его группа разработали детектор воздушной волны с горячей нитью, который решил эту проблему. В этой работе ему помогали Чарльз Галтон Дарвин, Уильям Сансом Таккер, Гарольд Ропер Робинсон и Генри Гарольд Хемминг. Британская звукоразведка была очень эффективной; в каждой британской армии был свой взвод, а их система была принята американцами, когда они вступили в войну. За свою работу во время войны он был награждён Военным крестом и назначен офицером Ордена Британской империи. Он также был упомянут в донесениях 16 июня 1916 года, 4 января 1917 года и 7 июля 1919 года.
Звукоразведка с горячей нитью использовалась во Второй мировой войне, во время которой он служил гражданским советником.
В межвоенный период, с 1919 по 1937 год, он работал в Виктория-Университете Манчестера в качестве профессора физики Лэнгвортри. В 1937 году он стал директором Национальной физической лаборатории в Теддингтоне.
После Второй мировой войны Брэгг вернулся в Кембридж и разделил Кавендишскую лабораторию на исследовательские группы. Он считал, что «идеальная исследовательская единица — это от шести до двенадцати учёных и несколько ассистентов».
Виктория-Университет Манчестера, 1919–1937
После демобилизации он вернулся к кристаллографии в Кембридже. Они договорились, что отец будет изучать органические кристаллы, сын — неорганические соединения. В 1919 году, когда Эрнест Резерфорд, давний семейный друг, переехал в Кембридж, Лоуренс Брэгг заменил его на должности профессора физики Лэнгвортри в Виктория-Университете Манчестера. Он набрал отличный факультет, включая бывших звукоразведчиков, но считал, что его знания физики слабы и у него нет опыта преподавания. Студенты, многие из них ветераны, были критичны и шумны. Он был глубоко встревожен, но с поддержкой семьи он взял себя в руки и преодолел трудности. Вместе с Р. В. Джеймсом он измерил абсолютную энергию отражённых рентгеновских лучей, что подтвердило формулу, выведённую К. Г. Дарвином до войны. Теперь они могли определить количество электронов в отражающих мишенях и смогли расшифровать структуры более сложных кристаллов, таких как силикаты. Это было всё ещё трудно: требовалось многократное угадывание и повторные попытки. В конце 1920-х годов они облегчили анализ, используя преобразования Фурье на данных.
В 1930 году он был глубоко встревожен, рассматривая предложение о работе в Imperial College в Лондоне. Его семья сплотилась вокруг него, и он восстановил равновесие, проведя 1931 год в Мюнхене, где он проводил исследования.
Национальная физическая лаборатория, 1937–1938
Он стал директором Национальной физической лаборатории в Теддингтоне в 1937 году, взяв с собой некоторых сотрудников. Однако администрирование и комитеты отняли у него много времени от работы на лабораторном столе.
Университет Кембриджа, 1938–1954
Резерфорд умер, и комиссия по поиску назвала Лоуренса Брэгга следующим в линии кавендишских профессоров, руководящих Кавендишской лабораторией. Лаборатория имела славную историю в атомной физике, и некоторые члены были осторожны в отношении кристаллографа, что Брэгг преодолел благодаря справедливому администрированию. Он работал над улучшением интерпретации дифракционных паттернов. В небольшой группе кристаллографии был исследователь-беженец без наставника: Макс Перуц. Он показал Брэггу данные рентгеновской дифракции гемоглобина, которые предполагали, что структура гигантских биологических молекул может быть расшифрована. Брэгг назначил Перуца своим научным ассистентом и в течение нескольких месяцев получил дополнительную поддержку в виде гранта от Фонда Рокфеллера. Работа была прервана во время Второй мировой войны, когда Перуца интернировали как враждебного иностранца, а затем он работал в военных исследованиях.
Во время войны Кавендишская лаборатория предлагала сокращённый курс для аспирантов, в котором делался упор на электронику, необходимую для радара. Брэгг работал над структурой металлов и консультировал по вопросам гидроакустики и звукоразведки, всё ещё используя микрофон Таккера. Он стал сэром Лоуренсом в 1941 году. Его отец умер в 1942 году, в течение которого Брэгг служил в течение шести месяцев научным офицером связи в Канаде. Он организовал периодические конференции по анализу рентгеновского излучения, которое широко использовалось в военных исследованиях.
После войны он возглавил формирование Международного союза кристаллографии и был избран его первым президентом. Он реорганизовал Кавендишскую лабораторию на подразделения, отражающие его убеждение, что «идеальная исследовательская единица — это от шести до двенадцати учёных и несколько ассистентов, поддерживаемых одним или несколькими отличными механиками приборов и мастерской, в которой можно построить общий спектр аппаратов». Старшие члены персонала теперь имели офисы, телефоны и секретарскую поддержку. Сфера деятельности отделения была расширена с новым подразделением по радиоастрономии. Его собственная работа сосредоточилась на структуре металлов, используя как рентгеновские лучи, так и электронный микроскоп. В 1947 году он убедил Совет по медицинским исследованиям (MRC) поддержать то, что он описал как «доблестную попытку» определить структуру белков в качестве Лаборатории молекулярной биологии, первоначально состоящей из Перуца, Джона Кендрью и двух ассистентов. Брэгг работал с ними, и к 1960 году они разрешили структуру миоглобина до атомного уровня. После этого он был менее вовлечён; их анализ гемоглобина был облегчен после того, как они включили два атома ртути в качестве маркёров в каждую молекулу. Первым монументальным триумфом MRC было расшифровка структуры ДНК Джеймсом Уотсоном и Фрэнсисом Криком. Брэгг объявил об открытии на конференции Сольвея по белкам в Бельгии 8 апреля 1953 года, но пресса об этом не сообщила. Затем он прочитал доклад в медицинской школе Guy's Hospital в Лондоне в четверг, 14 мая 1953 года, что привело к публикации статьи Ричи Калдера в лондонской газете News Chronicle в пятницу, 15 мая 1953 года, озаглавленной «Why You Are You. Nearer Secret of Life» («Почему вы это вы. Ближе к тайне жизни»). Брэгг номинировал Крика, Уотсона и Мориса Уилкинса на Нобелевскую премию по физиологии или медицине 1962 года; доля Уилкинса признала вклад рентгеновских кристаллографов из King's College London. Среди них была Розалинд Франклин, чья «фотография 51» показала, что ДНК — это двойная спираль, а не тройная спираль, которую предложил Линус Полинг. Франклин умерла до присуждения премии, которая переходит только к живым людям.
Королевский институт, 1954–1971
В 1953 году Брэгги переехали в элегантную квартиру для Резидентского профессора в Королевском институте в Лондоне, должность, которую занимал его отец на момент его смерти. В 1934 и 1961 годах Лоуренс прочитал Рождественскую лекцию Королевского института, и с 1938 года он был профессором натуральной философии в учреждении, читая ежегодную лекцию. Преемники его отца ослабили Институт, поэтому Брэггу пришлось его перестраивать. Он укрепил финансы, привлекая корпоративных спонсоров; традиционные пятничные вечерние беседы сопровождались ужином со спикером и тщательно отобранными возможными покровителями, более чем 120 из них каждый год. «Две из этих речей в 1965 году доставили ему особое удовольствие. 7 мая леди Брэгг, которая была членом Королевской комиссии по браку и разводам 1951–55 и была председателем Национального совета по брачному консультированию, прочитала лекцию на тему «Меняющиеся тенденции в браке и разводе»; а 15 ноября Брэгг слушал с явной гордостью речь на тему «Колебания и шумы в реактивных двигателях», прочитанную его инженером-сыном Стивеном, который был главным учёным в Rolls Royce Ltd и позже стал вице-канцлером Brunel University». Он также представил программу высоко оценённых школьных лекций, оживляемую тщательно разработанными демонстрациями, которые были отличительной чертой Института. Он прочитал три из этих лекций по «электричеству».
Он продолжил исследования в Институте, набрав небольшую группу для работы в Davy-Faraday Laboratory в подвале и в соседнем доме, поддерживаемых полученными им грантами. Посетителю лаборатории удалось внедрить тяжёлые металлы в фермент лизоцим; структура его кристалла была решена в 1965 году в Королевском институте Д. К. Филипсом и его коллегами, с вычислениями 9040 отражений, выполненными на цифровом компьютере в Университете Л
