Сэр Уильям Лоуренс Брэгг , CH , OBE , MC , FRS [1] (31 марта 1890 — 1 июля 1971) — британский физик австралийского происхождения и рентгеновский кристаллограф , первооткрыватель (1912) закона дифракции рентгеновских лучей Брэгга , который является основным для определения кристаллической структуры . Он был одним из лауреатов (вместе со своим отцом Уильямом Генри Брэггом ) Нобелевской премии по физике в 1915 году «За заслуги в анализе кристаллической структуры с помощью рентгеновских лучей »; [4] важный шаг в развитии рентгеновской кристаллографии. [5]
Брэгг был посвящен в рыцари в 1941 году. [4] По состоянию на 2023 год он является самым молодым лауреатом Нобелевской премии по физике, получив награду в возрасте 25 лет. [6] Брэгг был директором Кавендишской лаборатории в Кембридже, когда было сделано открытие. О структуре ДНК сообщили Джеймс Д. Уотсон и Фрэнсис Крик в феврале 1953 года.
Брэгг родился в Аделаиде , Южная Австралия, в семье сэра Уильяма Генри Брэгга (1862–1942), [7] старшего профессора математики и физики Университета Аделаиды , и Гвендолин (1869–1929), дочери сэра Чарльза Тодда , государственного астронома. Южной Австралии
В 1900 году Брэгг учился в Королевской школе в Северной Аделаиде , а затем пять лет учился в колледже Святого Петра в Аделаиде . Он поступил в Университет Аделаиды в возрасте 16 лет, чтобы изучать математику, химию и физику, который окончил в 1908 году. В том же году его отец принял кафедру физики Кавендиша в Университете Лидса и привез семью в Англию. Брэгг поступил в Тринити-колледж в Кембридже осенью 1909 года и получил крупную стипендию по математике, несмотря на то, что сдавал экзамен, находясь в постели с пневмонией . Первоначально преуспев в математике, в последние годы учебы он перешел на курс физики и окончил его с отличием в 1911 году. В 1914 году Брэгг был избран в стипендию Тринити-колледжа - стипендия в Кембриджском колледже предполагает сдачу и защита диссертации. [8] [9]
Среди других интересов Брэгга было коллекционирование ракушек ; его личная коллекция насчитывала экземпляры около 500 видов; все собрано лично из Южной Австралии. Он открыл новый вид каракатиц — Sepia braggi , названный в его честь Джозефом Верко . [10]
Состав рентгеновских лучей был неизвестен, его отец утверждал, что рентгеновские лучи — это потоки частиц, другие утверждали, что это волны. Макс фон Лауэ направил рентгеновский луч на кристалл перед фотографической пластинкой; рядом с местом попадания луча были дополнительные пятна от отклоненных лучей – следовательно, рентгеновские лучи – это волны. [11] В 1912 году, будучи студентом-исследователем первого курса Кембриджа, У. Л. Брэгг, прогуливаясь вдоль реки, пришел к выводу, что кристаллы, состоящие из параллельных слоев атомов, не будут дифрагировать рентгеновские лучи, падающие на их поверхность под большинством углов. потому что рентгеновские лучи, отклоняющиеся при столкновениях с атомами, будут не в фазе, нейтрализуя друг друга. Однако, когда рентгеновский луч падал под углом, при котором расстояния, которые он проходил между атомными листами в кристалле, равнялись длине волны рентгеновских лучей, тогда отклонения были синфазными и создавали пятно на соседней пленке. Основываясь на этом понимании, он написал простое уравнение Брэгга , которое связывает длину волны рентгеновских лучей и расстояние между атомными листами в простом кристалле с углами, под которыми будет отражаться падающий рентгеновский луч.
Его отец построил аппарат , в котором кристалл можно было поворачивать на точные углы, измеряя при этом энергию отражений. Это позволило отцу и сыну измерить расстояния между атомными слоями в ряде простых кристаллов. Они рассчитали расстояние между атомами, исходя из веса кристалла и постоянной Авогадро , что позволило им измерить длины волн рентгеновских лучей, излучаемых различными металлическими мишенями в рентгеновских трубках. У. Х. Брэгг сообщал о своих результатах на собраниях и в газетах, отдавая должное «своему сыну» (неназванному) за уравнение, но не как соавтору, что доставило его сыну «некоторые душевные боли», которые он так и не преодолел. [12]
Брэгг был призван в начале Первой мировой войны в Королевскую конную артиллерию в качестве младшего лейтенанта батареи Лестершира . [13] В 1915 году он был прикомандирован к Королевским инженерам для разработки метода локализации вражеской артиллерии от грохота их огня. [14] [15] 2 сентября 1915 года его брат был убит во время Галлиполийской кампании . [16] Вскоре после этого он и его отец были удостоены Нобелевской премии по физике. Ему было 25 лет, и он остается самым молодым научным лауреатом. Проблема со звуковой дальностью заключалась в том, что тяжелые орудия грохотали на слишком низкой частоте, чтобы ее можно было обнаружить микрофоном. После нескольких месяцев досадных неудач он и его группа разработали детектор воздушных волн с горячим проводом, который решил проблему. В этой работе ему помогали Чарльз Гальтон Дарвин , Уильям Сэнсом Такер , Гарольд Ропер Робинсон , Эдвард Андраде [17] и Генри Гарольд Хемминг. Британская звуковая дальность была очень эффективной; в каждой британской армии было такое подразделение, и их система была принята на вооружение американцами, когда они вступили в войну. За свою работу во время войны он был награжден Военным крестом [18] и назначен кавалером Ордена Британской империи . [19] Он также упоминался в депешах от 16 июня 1916 г., 4 января 1917 г. и 7 июля 1919 г. [20] [21] [22]
Звуковая дальность с помощью горячей проволоки использовалась во время Второй мировой войны, во время которой он служил гражданским советником. [23]
Между войнами, с 1919 по 1937 год, он работал в Манчестерском университете Виктории профессором физики Лэнгуорси . В 1937 году он стал директором Национальной физической лаборатории в Теддингтоне. [24]
После Второй мировой войны Брэгг вернулся в Кембридж, разделив Кавендишскую лабораторию на исследовательские группы. Он считал, что «идеальная исследовательская группа — это один из шести-двенадцати ученых и нескольких ассистентов».
После демобилизации он вернулся к кристаллографии в Кембридже. Они договорились, что отец будет изучать органические кристаллы, а сын — неорганические соединения. [1] [4] В 1919 году, когда Эрнест Резерфорд , давний друг семьи, переехал в Кембридж, Лоуренс Брэгг заменил его на посту профессора физики Лэнгуорси в Манчестерском университете Виктории . Он набрал прекрасных преподавателей, в том числе бывших звукооператоров, но считал, что его познания в физике слабы и у него нет опыта преподавания. Студенты, многие из которых были ветеранами, были настроены критично и шумно. Он был глубоко потрясен, но благодаря поддержке семьи взял себя в руки и одержал победу. Он и Р.В. Джеймс измерили абсолютную энергию отраженных рентгеновских лучей, что подтвердило формулу, выведенную К.Г. Дарвином еще до войны. [25] Теперь они смогли определить количество электронов в отражающих мишенях и расшифровать структуру более сложных кристаллов, таких как силикаты. Это все еще было сложно: требовалось неоднократное угадывание и повторная попытка. В конце 1920-х годов они упростили анализ, применив к данным преобразования Фурье .
В 1930 году он глубоко встревожился, обдумывая предложение о работе в Имперском колледже Лондона. Его семья сплотилась, и он восстановил равновесие, пока они провели 1931 год в Мюнхене, где он проводил исследования.
Он стал директором Национальной физической лаборатории в Теддингтоне в 1937 году [24] , взяв с собой несколько сотрудников. Однако администрация и комитеты отнимали у него большую часть времени вне рабочего места.
Резерфорд умер, и поисковый комитет назвал Лоуренса Брэгга следующим в очереди профессоров Кавендиша , возглавляющих Кавендишскую лабораторию . Лаборатория имела выдающийся опыт в атомной физике, и некоторые ее сотрудники с опаской относились к кристаллографу, чего Брэгг преодолел беспристрастным руководством. Он работал над улучшением интерпретации дифракционных картин. В небольшой группе по кристаллографии был студент-беженец без наставника: Макс Перуц . Он продемонстрировал данные брэгговской рентгеновской дифракции гемоглобина , которые позволили предположить, что структура гигантских биологических молекул может быть расшифрована. Брэгг назначил Перуца своим научным сотрудником и в течение нескольких месяцев получил дополнительную поддержку в виде гранта Фонда Рокфеллера . Работа была приостановлена во время Второй мировой войны, когда Перуц был интернирован как вражеский инопланетянин , а затем занимался военными исследованиями.
Во время войны Кавендиш предлагал сокращенный курс повышения квалификации, в котором особое внимание уделялось электронике, необходимой для радаров . Брэгг работал над структурой металлов и консультировал по вопросам гидролокации и звуковой локации, для чего до сих пор использовался микрофон Такера. Брэгг был посвящен в рыцари и стал сэром Лоуренсом в 1941 году. После смерти его отца в 1942 году Брэгг в течение шести месяцев служил офицером по научной связи в Канаде. Он также организовывал периодические конференции по рентгеновскому анализу, который широко использовался в военных исследованиях.
После войны Брэгг возглавил создание Международного союза кристаллографии и был избран его первым президентом. Он реорганизовал Кавендиш в подразделения, чтобы отразить свое убеждение в том, что «идеальная исследовательская группа — это один из шести-двенадцати ученых и нескольких ассистентов, которым помогают один или несколько первоклассных механиков по приборам и мастерская, в которой можно наладить общее управление аппаратурой». построено». [26] Старшие сотрудники теперь имели офисы, телефоны и секретарскую поддержку. В состав кафедры было добавлено новое подразделение по радиоастрономии. Собственные работы Брэгга были сосредоточены на структуре металлов с использованием рентгеновских лучей и электронного микроскопа . В 1947 году он убедил Совет медицинских исследований (MRC) поддержать то, что он назвал «отважной попыткой» [27] определить структуру белка, в качестве Лаборатории молекулярной биологии , первоначально состоявшей из Перуца, Джона Кендрю и двух помощников. Брэгг работал с ними, и к 1960 году они расшифровали структуру миоглобина на атомном уровне. [28] После этого Брэгг был менее вовлечен; их анализ гемоглобина стал проще после того, как они включили два атома ртути в качестве маркеров в каждую молекулу. Первым монументальным триумфом MRC стало расшифровка структуры ДНК Джеймсом Уотсоном и Фрэнсисом Криком . Брэгг объявил об открытии на конференции Solvay по белкам в Бельгии 8 апреля 1953 года, хотя пресса об этом не сообщила. Затем он выступил с речью в Медицинской школе больницы Гая в Лондоне в четверг, 14 мая 1953 года, в результате которой в пятницу, 15 мая 1953 года, в лондонской газете News Chronicle была опубликована статья Ричи Колдера под названием «Почему ты есть ты. Ближайший секрет Жизнь". Брэгг номинировал Крика, Уотсона и Мориса Уилкинса на Нобелевскую премию по физиологии и медицине 1962 года; Доля Уилкинса стала признанием вклада рентгеновских кристаллографов Королевского колледжа Лондона . [29] Среди них была Розалинда Франклин , чья « фотография 51 » показала, что ДНК представляет собой двойную спираль , а не тройную спираль, как предполагал Лайнус Полинг . Франклин умер до того, как была вручена премия (которая вручается только живым людям).
В 1953 году Брэггсы переехали в элегантную квартиру профессора-резидента Королевского института в Лондоне, должность, которую занимал его отец, когда умер. В 1934 и 1961 годах Лоуренс читал рождественскую лекцию в Королевском институте , а с 1938 года он был профессором естественной философии в этом институте, читая ежегодные лекции. Преемники его отца ослабили Институт, поэтому Брэггу пришлось его восстанавливать. Он пополнил финансы, привлекая корпоративных спонсоров, за традиционными пятничными вечерними выступлениями следовал званый обед для выступающего и тщательно отбирал возможных покровителей, которых ежегодно было более 120. «Две из этих бесед в 1965 году доставили ему особое удовольствие. 7 мая леди Брэгг, которая была членом Королевской комиссии по браку и разводу (1951–55) и председателем Национального совета по вопросам брака , прочитала лекцию на тему: Изменение моделей брака и развода»; а 15 ноября Брэгг с явной гордостью слушал беседу «Колебания и шум в реактивных двигателях», которую читал его сын-инженер Стивен , который тогда был главным научным сотрудником компании Rolls-Royce Ltd, а позже. стал вице-канцлером Брюнельского университета ». [30] Он также представил программу высоко оцененных школьных лекций, оживленную тщательно продуманными демонстрациями, которые были визитной карточкой Учреждения. Он прочитал три таких лекции по «электричеству». [31]
Он продолжил исследования в Институте, набрав небольшую группу для работы в Лаборатории Дэви-Фарадея в подвале и в соседнем доме при поддержке полученных им грантов. Посетителю лаборатории удалось ввести тяжелые металлы в фермент лизоцим ; Структура его кристалла была решена в 1965 году в Королевском институте Д.К. Филлипсом и его коллегами с расчетами 9040 отражений, выполненными на цифровом компьютере в Лондонском университете, что значительно облегчило работу. [32] Две иллюстрации расположения аминокислот в цепи были нарисованы Брэггом. В отличие от миоглобина, в котором почти 80 процентов аминокислотных остатков находятся в конформации альфа-спирали , в лизоциме содержание альфа-спирали составляет лишь около 40 процентов аминокислотных остатков, обнаруженных в четырех основных участках. Другие участки представляют собой спираль 3 10 , конформацию, которую они предложили ранее. [33] В этой конформации каждый третий пептид связан водородной связью с первым пептидом, образуя таким образом кольцо, содержащее десять атомов. К 75-летию Брэгга они получили полную структуру фермента. В 1966 году он стал почетным профессором.
Рентгеновский анализ структуры белков процветал в последующие годы, определяя структуры множества белков в лабораториях по всему миру. Двадцать восемь Нобелевских премий были присуждены за работы по использованию рентгеновского анализа. Недостатком метода является то, что его необходимо проводить на кристаллах, что не позволяет увидеть изменения формы, когда ферменты связывают субстраты и тому подобное. Эта проблема была решена путем развития другого направления, инициированного Брэггом, с использованием модифицированных электронных микроскопов для изображения одиночных замороженных молекул: криоэлектронной микроскопии . [34]
За время своего длительного сотрудничества с Королевским институтом он был:
В 1921 году он женился на Элис Хопкинсон (1899–1989), двоюродной сестре друга, погибшего на войне. У них было четверо детей: инженер Стивен Лоуренс (1923–2014), Дэвид Уильям (1926–2005), Маргарет Элис (1931–2022) (вышедшая замуж за дипломата Марка Хита ) и Пейшенс Мэри (1935–2020). Алиса работала в школе для девочек Витингтон, пока Брэгг не был назначен директором Национальной физической лаборатории в 1937 году. Она работала в ряде государственных организаций и занимала пост мэра Кембриджа с 1945 по 1946 год.
Хобби Брэгга включали рисование (семейные письма иллюстрировались живыми зарисовками), живопись, литературу и пожизненный интерес к садоводству. [35] Когда он переехал в Лондон, ему не хватало сада, и поэтому он работал садовником на неполный рабочий день, непризнанный своим работодателем, пока гость в доме не выразил удивление, увидев его там. [36] Он умер в больнице недалеко от своего дома в Уолдрингфилде , Ипсвич , Саффолк. Он был похоронен в Тринити-колледже в Кембридже ; его сын Дэвид похоронен в приходе Вознесенского могильника в Кембридже, где также похоронен друг Брэгга, который, если бы он выжил, был бы его зятем, Рудольф Сесил Хопкинсон.
В августе 2013 года родственник Брэгга, телеведущий Мелвин Брэгг , представил программу BBC Radio 4 («Брэгг о Брэгге»), посвященную лауреатам Нобелевской премии по физике 1915 года. [37] [38]
Брэгг был избран членом Королевского общества (FRS) в 1921 году [1] – «квалификация, которая делает другие неуместными». [39] Он был посвящен в рыцари королем Георгом VI на новогодних почестях 1941 года, [40] и получил медаль Копли и Королевскую медаль Королевского общества . Хотя Грэм Хантер в своей книге о Брэгге « Свет — посланник» утверждал, что он был скорее кристаллографом, чем физиком, пожизненная деятельность Брэгга показала обратное — он был скорее физиком, чем кем-либо еще. Таким образом, с 1939 по 1943 год он занимал пост президента Института физики в Лондоне. [8] В новогодних почестях 1967 года он был назначен членом Ордена Почетных кавалеров королевы Елизаветы II. [41]
С 1967 года Институт физики вручает медаль и премию Лоуренса Брэгга . Кроме того, с 1992 года Австралийский институт физики присуждает золотую медаль Брэгга за выдающиеся достижения в области физики [42] в память Лоуренса Брэгга (впереди медали) и его отца Уильяма Брэгга за лучшую докторскую диссертацию, написанную студентом Австралийский университет .
Избирательный округ Брэгг в Палате собрания Южной Австралии был создан в 1970 году и назван в честь Уильяма и Лоуренса Брэггов.
СМИ, связанные с Уильямом Лоуренсом Брэггом, на Викискладе?
