Сэр Уильям Лоуренс Брэгг (31 марта 1890 г. – 1 июля 1971 г.) был австралийским британским физиком и рентгеновским кристаллографом , открывшим (1912 г.) закон Брэгга о дифракции рентгеновских лучей , который является основным для определения структуры кристаллов . Он был соавтором (со своим отцом, Уильямом Генри Брэггом ) Нобелевской премии по физике в 1915 году «За заслуги в анализе структуры кристаллов с помощью рентгеновских лучей »; [4] важный шаг в развитии рентгеновской кристаллографии. [5]
Брэгг был посвящен в рыцари в 1941 году. [4] По состоянию на 2024 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 в феврале 1953 года Джеймс Д. Уотсон и Фрэнсис Крик сообщили об открытии структуры ДНК .
Брэгг родился в Аделаиде , Южная Австралия, в семье сэра Уильяма Генри Брэгга (1862–1942), [7] старшего профессора математики и физики в Университете Аделаиды , и Гвендолин (1869–1929), дочери сэра Чарльза Тодда , правительственного астронома Южной Австралии.
В 1900 году Брэгг был студентом Queen's School, North Adelaide , а затем пять лет в St Peter's College, Adelaide . Он поступил в University of Adelaide 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 University of Leeds и перевез семью в Англию. Брэгг поступил в Trinity College, Cambridge осенью 1909 года и получил большую стипендию по математике, несмотря на то, что сдавал экзамен, лежа в постели с пневмонией . После первых успехов в математике он перевелся на курс физики в последние годы обучения и окончил его с отличием в 1911 году. В 1914 году Брэгг был избран в Fellowship в Trinity College — Fellowship в Cambridge College подразумевает подачу и защиту диссертации. [8] [9]
Среди других интересов Брэгга был сбор ракушек ; его личная коллекция насчитывала образцы около 500 видов; все они были лично собраны в Южной Австралии. Он открыл новый вид каракатицы — Sepia braggi , названный в его честь Джозефом Верко . [10]
Состав рентгеновских лучей был неизвестен, его отец утверждал, что рентгеновские лучи представляют собой потоки частиц, другие утверждали, что это волны. Макс фон Лауэ направил рентгеновский луч на кристалл перед фотографической пластиной; рядом с местом, куда упал луч, были дополнительные пятна от отраженных лучей – следовательно, рентгеновские лучи являются волнами. [11] В 1912 году, будучи студентом первого года обучения в Кембридже, 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, отклоненные столкновениями с атомами, будут находиться в противофазе, нейтрализуя друг друга. Однако, когда рентгеновский луч падает под углом, под которым расстояния, пройденные им между атомными слоями в кристалле, равны длине волны рентгеновского луча, то эти отраженные лучи будут находиться в фазе и создавать пятно на близлежащей пленке. На основе этого понимания он вывел простое уравнение Брэгга , связывающее длину волны рентгеновского луча и расстояние между атомными слоями в простом кристалле с углами, под которыми будет отражаться падающий рентгеновский луч.
Его отец построил аппарат , в котором кристалл можно было вращать на точные углы, одновременно измеряя энергию отражений. Это позволило отцу и сыну измерить расстояния между атомными слоями в ряде простых кристаллов. Они вычислили расстояние между атомами из веса кристалла и постоянной Авогадро , что позволило им измерить длины волн рентгеновских лучей, производимых различными металлическими мишенями в рентгеновских трубках. WH Bragg сообщил о своих результатах на встречах и в статье, отдав должное «своему сыну» (неназванному) за уравнение, но не как соавтору, что вызвало у его сына «некоторые сердечные боли», которые он так и не преодолел. [12]
Брэгг был призван в начале Первой мировой войны в Королевскую конную артиллерию в качестве второго лейтенанта батареи Лестершира . [13] В 1915 году он был откомандирован в Королевские инженеры , чтобы разработать метод локализации вражеской артиллерии по грохоту их выстрелов. [14] [15] 2 сентября 1915 года его брат был убит во время Галлиполийской кампании . [16] Вскоре после этого он и его отец были награждены Нобелевской премией по физике. Ему было 25 лет, и он остается самым молодым лауреатом в области науки. Проблема с звуковой локацией заключалась в том, что тяжелые орудия гудели на слишком низкой частоте, чтобы их можно было обнаружить микрофоном. После месяцев досадных неудач он и его группа разработали детектор воздушных волн с нагретой проволокой, который решил эту проблему. В этой работе ему помогали Чарльз Гальтон Дарвин , Уильям Сансом Такер , Гарольд Ропер Робинсон , Эдвард Андраде [17] и Генри Гарольд Хемминг. Британская звуковая локация была очень эффективной; в каждой британской армии было подразделение, и их система была принята американцами, когда они вступили в войну. За свою работу во время войны он был награжден Военным крестом [18] и назначен офицером Ордена Британской империи . [19] Он также упоминался в донесениях от 16 июня 1916 года, 4 января 1917 года и 7 июля 1919 года. [20] [21] [22]
Звуковая локация с помощью нагреваемых проводов использовалась во время Второй мировой войны, во время которой он служил гражданским советником. [23]
Между войнами, с 1919 по 1937 год, он работал в Университете Виктории в Манчестере в качестве профессора физики имени Лэнгуорти. Он стал директором Национальной физической лаборатории в Теддингтоне в 1937 году. [24]
После Второй мировой войны Брэгг вернулся в Кембридж, разделив Кавендишскую лабораторию на исследовательские группы. Он считал, что «идеальная исследовательская группа — это группа из шести-двенадцати ученых и нескольких ассистентов».
После демобилизации он вернулся в Кембридже в кристаллографию. Они договорились, что отец будет изучать органические кристаллы, сын будет исследовать неорганические соединения. [1] [4] В 1919 году, когда Эрнест Резерфорд , давний друг семьи, переехал в Кембридж, Лоуренс Брэгг заменил его на посту профессора физики имени Лэнгуорти в Университете Виктории в Манчестере . Он набрал превосходный преподавательский состав, включая бывших звуковых рейнджеров, но считал, что его знания физики были слабыми, и у него не было опыта преподавания. Студенты, многие из которых были ветеранами, были критичны и шумны. Он был глубоко потрясен, но при поддержке семьи он взял себя в руки и победил. Он и Р. У. Джеймс измерили абсолютную энергию отраженных рентгеновских лучей, что подтвердило формулу, выведенную К. Г. Дарвином до войны. [25] Теперь они могли определять количество электронов в отражающих мишенях и смогли расшифровать структуры более сложных кристаллов, таких как силикаты. Это все еще было сложно: требовало повторных угадываний и повторных попыток. В конце 1920-х годов они упростили анализ, применив к данным преобразования Фурье .
В 1930 году он был глубоко расстроен, взвешивая предложение о работе в Имперском колледже Лондона. Его семья сплотилась, и он восстановил равновесие, пока они проводили 1931 год в Мюнхене, где он занимался исследованиями.
Он стал директором Национальной физической лаборатории в Теддингтоне в 1937 году, [24] приведя с собой некоторых коллег. Однако администрация и комитеты отняли у него много времени от рабочего места.
Резерфорд умер, и поисковый комитет назвал Лоуренса Брэгга следующим в ряду профессоров Кавендиша , которые руководят Кавендишской лабораторией . Лаборатория имела выдающуюся историю в атомной физике, и некоторые ее члены с опаской относились к кристаллографу, что Брэгг преодолел благодаря беспристрастному управлению. Он работал над улучшением интерпретации дифракционных картин. В небольшой группе кристаллографов был беженец-исследователь 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 сотрудником и в течение нескольких месяцев получил дополнительную поддержку в виде гранта от Фонда Рокфеллера . Работа была приостановлена во время Второй мировой войны, когда Перуц был интернирован как вражеский иностранец , а затем работал в военных исследованиях.
Во время войны Кавендишский колледж предлагал сокращенный курс обучения, в котором особое внимание уделялось электронике, необходимой для радаров . Брэгг работал над структурой металлов и консультировал по гидролокации и звуковой локации, для чего все еще использовался микрофон Такера. Брэгг был посвящен в рыцари и стал сэром Лоуренсом в 1941 году. После смерти отца в 1942 году Брэгг в течение шести месяцев служил научным сотрудником по связям с Канадой. Он также организовывал периодические конференции по рентгеновскому анализу, который широко использовался в военных исследованиях .
После войны Брэгг возглавил формирование Международного союза кристаллографии и был избран его первым президентом. Он реорганизовал Кавендишский институт в подразделения, чтобы отразить свое убеждение в том, что «идеальная исследовательская единица — это одна из шести-двенадцати ученых и нескольких помощников, которым помогают один или несколько первоклассных механиков по приборам и мастерская, в которой может быть построена основная серия приборов». [26] Теперь у старших сотрудников были офисы, телефоны и секретарская поддержка. Область деятельности отдела была расширена новым подразделением по радиоастрономии. Собственная работа Брэгга была сосредоточена на структуре металлов с использованием как рентгеновских лучей, так и электронного микроскопа . В 1947 году он убедил Медицинский исследовательский совет (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 разрешили 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 стала расшифровка структуры ДНК Джеймсом Уотсоном и Фрэнсисом Криком . Брэгг объявил об открытии на конференции Solvay по белкам в Бельгии 8 апреля 1953 года, хотя оно осталось незамеченным прессой. Затем он выступил с докладом в Медицинской школе больницы Guy's Hospital в Лондоне в четверг, 14 мая 1953 года, результатом которого стала статья Ричи Колдера в News Chronicle of London в пятницу, 15 мая 1953 года, озаглавленная «Почему вы есть вы. Ближе к секрету жизни». Брэгг номинировал Крика, Уотсона и Мориса Уилкинса на Нобелевскую премию по физиологии и медицине 1962 года; доля Уилкинса признала вклад рентгеновских кристаллографов из Королевского колледжа Лондона . [29] Среди них была Розалинд Франклин , чья « фотография 51 » показала, что ДНК представляет собой двойную спираль , а не тройную, как предполагал Лайнус Полинг . Франклин умерла до того, как премия (которая вручается только живым людям) была вручена.
В 1953 году Брэггс переехал в элегантную квартиру для профессора-резидента в Королевском институте 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 Институте, читая ежегодную лекцию. Преемники его отца ослабили Институт, поэтому Брэггу пришлось его перестраивать. Он укрепил финансы, привлекая корпоративных спонсоров, за традиционными пятничными вечерними беседами следовал званый ужин для оратора и тщательно отобранных возможных покровителей, более 120 человек 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 разводу (1951–55) и председателем Национального совета по брачному руководству , прочитала лекцию на тему «Изменение моделей брака и развода»; а 15 ноября Брэгг с явной гордостью слушал речей на тему «Колебания и шум в реактивных двигателях», которые читал его сын-инженер Стивен , который тогда был главным научным сотрудником в Rolls-Royce Ltd, а позже стал вице-канцлером Университета Брунеля ». [30] Он также представил программу высоко оцененных школьных лекций, оживленных сложными демонстрациями, которые были отличительной чертой Института. Он прочитал три из этих лекций по теме «электричество». [31]
Он продолжил исследования в Институте, набрав небольшую группу для работы в Лаборатории Дэви-Фарадея в подвале и в соседнем доме, поддерживаемую полученными им грантами. Посетителю лаборатории удалось вставить тяжелые металлы в фермент лизоцим ; структура его кристалла была решена в 1965 году в Королевском институте Д. К. Филлипсом и его коллегами, с вычислениями по 9040 отражениям, 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 всего около 40 процентов аминокислотных остатков, обнаруженных в четырех основных участках. Другие участки имеют 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. Они имели полную структуру фермента как раз к 75-летию Брэгга. Он стал почетным профессором в 1966 году.
Рентгеновский анализ структуры белка процветал в последующие годы, определяя структуры десятков белков в лабораториях по всему миру. Двадцать восемь Нобелевских премий были присуждены за работу с использованием рентгеновского анализа. Недостатком метода является то, что он должен быть выполнен на кристаллах, что исключает возможность увидеть изменения в форме, когда ферменты связывают субстраты и тому подобное. Эта проблема была решена путем разработки другого направления, инициированного Брэггом, с использованием модифицированных электронных микроскопов для получения изображений отдельных замороженных молекул: криоэлектронной микроскопии . [34]
За время своего долгого сотрудничества с Королевским институтом он:
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) (которая вышла замуж за дипломата Марка Хита ) и Пейшенс Мэри (1935–2020). Элис работала в женской школе Витингтона, пока Брэгг не был назначен директором Национальной физической лаборатории в 1937 году. [24] Она принимала активное участие в работе ряда государственных органов и была мэром Кембриджа с 1945 по 1946 год.
Хобби Брэгга включали рисование — семейные письма иллюстрировались яркими зарисовками — живопись, литературу и пожизненный интерес к садоводству. [35] Когда он переехал в Лондон, он скучал по саду и поэтому работал садовником на неполный рабочий день, не узнаваемый 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, Кембридж ; его сын Дэвид похоронен на кладбище прихода Вознесения в Кембридже, где также похоронен друг Брэгга, который, если бы он выжил, был бы его шурином, Рудольфом Сесилом Хопкинсоном.
В августе 2013 года родственник Брэгга, телеведущий Мелвин Брэгг , представил программу на BBC Radio 4 («Брэгг о Брэггах») о лауреатах Нобелевской премии по физике 1915 года. [37] [38]
Брэгг был избран членом Королевского общества (FRS) в 1921 году [1] — «квалификация, которая делает другие несущественными». [39] Он был посвящен в рыцари королем Георгом VI в 1941 году на новогодних почестях, [40] и получил как медаль Копли , так и Королевскую медаль Королевского общества . Хотя Грэм Хантер в своей книге «Свет Брэгга — посланник» утверждал, что он был больше кристаллографом, чем физиком, деятельность Брэгга на протяжении всей жизни показывала обратное — он был больше физиком, чем кем-либо еще. Таким образом, с 1939 по 1943 год он занимал пост президента Института физики в Лондоне. [8] В 1967 году на новогодних почестях королева Елизавета II назначила его членом Ордена кавалеров почета . [41]
С 1967 года Институт физики вручает медаль и премию Лоуренса Брэгга . Кроме того, с 1992 года Австралийский институт физики вручает Золотую медаль Брэгга за выдающиеся достижения в физике [42] в память о Лоуренсе Брэгге (на переднем плане медали) и его отце Уильяме Брэгге за лучшую докторскую диссертацию студента австралийского университета .
Избирательный округ Брэгг в Палате собрания Южной Австралии был создан в 1970 году и назван в честь Уильяма и Лоуренса Брэггов.
Медиа, связанные с Уильямом Лоуренсом Брэггом на Wikimedia Commons
