Лоуренс Брэгг

Лоуренс Брэгг (William Lawrence Bragg, 31 марта 1890, Аделаида, Австралия — 1 июля 1971, Уолдрингфорд, Суффолк, Великобритания) — австралийско-британский физик, лауреат Нобелевской премии по физике 1915 года (совместно с отцом, Уильямом Генри Брэггом). На момент получения премии ему было 25 лет, что делает его самым молодым нобелевским лауреатом в истории. Основные научные достижения связаны с рентгеноструктурным анализом, кристаллографией и дифракцией рентгеновских лучей.

Биография

Ранние годы и образование

Лоуренс Брэгг родился в семье физика Уильяма Генри Брэгга, который в то время преподавал в Университете Аделаиды. С детства проявлял интерес к науке: в 10 лет, после падения с велосипеда, попросил отца объяснить природу травмы, что привело к обсуждению теории рентгеновского излучения. В 1905 году, в возрасте 15 лет, поступил в Университет Аделаиды, где изучал математику, физику и химию. В 1908 году окончил его с отличием (бакалавр). В 1909 году семья переехала в Великобританию, где Лоуренс поступил в Тринити-колледж Кембриджского университета. В 1912 году он получил степень бакалавра по естественным наукам, а в 1914 году — магистра.

Научная карьера

В 1912 году, после открытия Максом фон Лауэ дифракции рентгеновских лучей на кристаллах, Лоуренс Брэгг начал работу над интерпретацией этого явления. Вместе с отцом он разработал метод, позволяющий определять расположение атомов в кристаллах по картине дифракции. В 1915 году, за «заслуги в исследовании кристаллов с помощью рентгеновских лучей», они были удостоены Нобелевской премии. В 1919 году, после Первой мировой войны, Брэгг был назначен профессором физики в Манчестерском университете (Великобритания), где проработал до 1937 года. В 1938 году он стал профессором в Кембридже, а в 1954 году — директором Королевского института Великобритании. В 1960-х годах, после выхода на пенсию, он продолжал консультировать научные группы.

Личная жизнь

Лоуренс Брэгг был женат на Элис Хопкинсон (с 1921 года), у них было четверо детей. Он увлекался альпинизмом и садоводством. Умер в 1971 году в возрасте 81 года.

Научные достижения

Закон Брэгга

Основным вкладом Лоуренса Брэгга в физику является формулировка закона Брэгга, который описывает условие дифракции рентгеновских лучей на кристаллической решётке. Закон имеет вид:

\[ n\lambda = 2d \sin \theta \]

где:

• \( n \) — порядок дифракции (целое число),
• \( \lambda \) — длина волны рентгеновского излучения,
• \( d \) — межплоскостное расстояние в кристалле,
• \( \theta \) — угол скольжения (угол между падающим лучом и плоскостью кристалла).

Этот закон позволяет по углам дифракции определять расстояние между атомными плоскостями, что стало основой для рентгеноструктурного анализа.

Развитие рентгеноструктурного анализа

Совместно с отцом Лоуренс Брэгг разработал метод, известный как рентгеновская кристаллография. В 1913 году они впервые определили структуру кристалла хлорида натрия (NaCl), показав, что ионы натрия и хлора расположены в кубической решётке. Это доказало, что кристаллы состоят из регулярно расположенных атомов, а не из молекул, как предполагалось ранее. В последующие годы Брэгг-младший расшифровал структуры многих неорганических соединений, включая алмаз (1913), цинковую обманку (ZnS) и кальцит (CaCO₃).

Применение к биологическим молекулам

В 1930-х годах Брэгг начал применять рентгеноструктурный анализ к биологическим молекулам. В 1938 году он определил структуру гемоглобина, а в 1950-х годах — структуру миоглобина. Эти работы заложили основы для последующего расшифровывания структуры ДНК (Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик в 1953 году использовали данные, полученные в лаборатории Брэгга). В 1954 году он был награждён медалью Копли за «вклад в развитие рентгеновской кристаллографии».

Основные труды

• «Рентгеновские лучи и кристаллическая структура» (1915, совместно с У. Г. Брэггом) — первая монография по рентгеноструктурному анализу.
• «Кристаллическая структура минералов» (1937) — систематизация данных по неорганическим кристаллам.
• «Дифракция рентгеновских лучей в кристаллах» (1948) — учебное пособие, ставшее классическим.
• «История рентгеновской кристаллографии» (1975, посмертно) — автобиографический обзор развития метода.

Награды и признание

• Нобелевская премия по физике (1915) — совместно с У. Г. Брэггом.
• Медаль Копли (1954) — высшая награда Лондонского королевского общества.
• Медаль Хьюза (1931) — за вклад в физику.
• Медаль Франклина (1942) — за достижения в кристаллографии.
• Орден «За заслуги» (Великобритания, 1941) — за научные заслуги.
• Рыцарь-бакалавр (1941) — с правом на титул «сэр».
• Член Лондонского королевского общества (1921) — с 1921 года.
• Иностранный член Академии наук СССР (1942) — за вклад в мировую науку.

Критика и наследие

Научные работы Лоуренса Брэгга не подвергались существенной критике, однако его подход к рентгеноструктурному анализу иногда считался чрезмерно эмпирическим. В 1950-х годах он критиковал теорию квантовой механики, утверждая, что она не объясняет природу дифракции, но позже признал её значение. Основное наследие Брэгга — создание метода, который стал основой для современной кристаллографии, материаловедения, биохимии и фармакологии. Благодаря его работам были расшифрованы структуры тысяч веществ, включая белки, вирусы и лекарственные препараты.

Интересные факты

• Лоуренс Брэгг остаётся самым молодым нобелевским лауреатом в истории (25 лет). Рекорд не побит до сих пор.
• В 1915 году, когда он получил Нобелевскую премию, он служил в британской армии (участвовал в Первой мировой войне как офицер связи).
• В 1940-х годах он работал над созданием радара и сонара для британского флота.
• В его честь назван кратер на Луне (Брэгг, диаметр 84 км) и минерал брэггит (Ba₂NaNb₅O₁₅).

Источники

• «Лоуренс Брэгг» — статья в Британской энциклопедии (Encyclopaedia Britannica, 2020).
• «The Nobel Prize in Physics 1915» — официальный сайт Нобелевского комитета.
• «William Lawrence Bragg: A Biography» — книга Джона Дженкина (2008).
• «Рентгеновская кристаллография» — учебник под редакцией А. А. Левина (Москва, 1975).
• «История физики» — сборник статей под редакцией В. И. Григорьева (Москва, 1980).