Лоуренс Брэгг - Lawrence Bragg


Лоуренс Брэгг

Wl-bragg.jpg
Лоуренс Брэгг в 1915 году
Родился
Уильям Лоуренс Брэгг

( 1890-03-31 )31 марта 1890 г.
Аделаида , Южная Австралия
Умер 1 июля 1971 г. (1971-07-01)(81 год)
Уолдрингфилд , Ипсвич , Саффолк, Англия
Образование Колледж Святого Петра, Аделаида
Альма-матер
Известен Рентгеновская дифракция
Рентгеновская спектроскопия
Рентгеновская микроскопия
Пузырьковый плот
Закон
Брэгга Теория полости Брэгга-Грея
Приближение Брэгга-Вильямса
Супруг (а) Алиса Хопкинсон (1899–1989)
Награды
Научная карьера
Поля Физика
Учреждения
Академические консультанты
Докторанты
Примечания
Он был сыном Брэгга . Доктора философии не существовало в Кембридже до 1919 года, поэтому Дж. Дж. Томсон и У. Х. Брэгг были его эквивалентными наставниками.
Портрет Уильяма Лоуренса Брэгга, сделанный, когда ему было около 40 лет.

Сэр Уильям Лоуренс Брэгг , Kt , CH , OBE , MC , FRS (31 марта 1890 - 1 июля 1971) был британским физиком австралийского происхождения и рентгеновским кристаллографом , открывшим (1912) закон дифракции рентгеновских лучей Брэгга , который является основным для определения кристаллической структуры . Он был совместным лауреатом (со своим отцом, Уильямом Генри Брэггом ) Нобелевской премии по физике в 1915 г. «За заслуги в анализе кристаллической структуры с помощью рентгеновских лучей »; важный шаг в развитии рентгеновской кристаллографии.

Брэгг был посвящен в рыцари в 1941 году. По состоянию на 2020 год он является самым молодым лауреатом Нобелевской премии по физике, получившим награду в возрасте 25 лет. Брэгг был директором Кавендишской лаборатории в Кембридже, когда в феврале 1953 года об открытии структуры ДНК сообщили Джеймс Д. Уотсон и Фрэнсис Крик .

биография

Ранние годы

Брэгг родился в Аделаиде , Южная Австралия, в семье сэра Уильяма Генри Брэгга (1862–1942), старшего профессора математики и физики в Университете Аделаиды , и Гвендолин (1869–1929), дочери сэра Чарльза Тодда , государственного астронома Южной Австралии. .

Он рано проявил интерес к естествознанию и математике. Вскоре после поступления в школу он упал со своего трехколесного велосипеда и сломал руку. Его отец, который читал об экспериментах Рентгена в Европе и проводил свои собственные эксперименты, использовал недавно обнаруженные рентгеновские лучи и свое экспериментальное оборудование, чтобы исследовать сломанную руку. Это первое зарегистрированное хирургическое использование рентгеновских лучей в Австралии.

В 1900 году Брэгг учился в Королевской школе в Северной Аделаиде , 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 Кавендиша физики в университете Лидса и перевез 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 в постели с пневмонией . Первоначально преуспев в математике, он перешел на курс физики в более поздние годы учебы и закончил его с отличием в 1911 году. В 1914 году Брэгг был избран в стипендию в Тринити-колледже - стипендия в Кембриджском колледже предполагает подчинение. и защита диссертации.

Среди других интересов Брэгга было коллекционирование ракушек ; его личная коллекция насчитывала образцы примерно 500 видов; все лично собрано из Южной Австралии. Он открыл новый вид каракатиц - 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 утверждали, что это волны. Макс фон Лауэ направил рентгеновский луч на кристалл перед фотопластинкой; рядом с местом, куда попал луч, были дополнительные пятна от отклоненных лучей - следовательно, рентгеновские лучи являются волнами. В 1912 году, будучи студентом первого курса Кембриджа, У.Л. Брэгг, прогуливаясь по реке, понял, что кристаллы, состоящие из параллельных слоев атомов, не будут преломлять рентгеновские лучи, падающие на их поверхность под большинством углов, потому что рентгеновские лучи лучи, отклоняемые столкновениями с атомами, будут в противофазе, нейтрализуя друг друга. Однако, когда пучок рентгеновских лучей застревает под углом, при котором расстояния, которые он проходит между атомными слоями в кристалле, равняются длине волны рентгеновского излучения, отклоненные лучи оказываются синфазными и образуют пятно на соседней пленке. На основе этого понимания он написал простое уравнение Брэгга, которое связывает длину волны рентгеновских лучей и расстояние между атомными слоями в простом кристалле с углами, под которыми падающий рентгеновский луч будет отражаться.

Его отец построил аппарат, в котором кристалл можно было вращать на точные углы при измерении энергии 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, создаваемых различными металлическими мишенями в рентгеновских трубках. WH Bragg сообщил о своих результатах на собраниях и в газете, отдавая должное «своему сыну» (неназванному) за уравнение, но не как соавтору, что дало его сыну «некоторые душевные боли», которые он так и не преодолел.

Работа над звуковой дальностью

Брэгг был введен в эксплуатацию в начале Первой мировой войны в Королевской конной артиллерии в качестве второго лейтенанта из батареи Лестершира . В 1915 году он был прикомандирован к Королевским инженерам для разработки метода локализации вражеской артиллерии с точки ее выстрела. 2 сентября 1915 года его брат был убит во время Галлиполийской кампании . Вскоре после этого он и его отец были удостоены Нобелевской премии по физике. Ему было 25 лет, и он остается самым молодым лауреатом премии в области науки. Проблема со звуковым дальномером заключалась в том, что тяжелые орудия стреляли на слишком низкой частоте, чтобы их мог обнаружить микрофон. После месяцев разочаровывающих неудач он и его группа разработали детектор воздушных волн с горячей проволокой, который решил проблему. В этой работе ему помогали Чарльз Гальтон Дарвин , Уильям Сэнсом Такер , Гарольд Ропер Робинсон , Эдвард Андраде и Генри Гарольд Хемминг. Британский диапазон звука был очень эффективным; 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 и назначен кавалером ордена Британской империи . Он также упоминался в депешах 16 июня 1916 г., 4 января 1917 г. и 7 июля 1919 г.

Звук обогреваемой струны измерения дальности используется в Второй мировой войне , во время которого он служил в качестве гражданского советника.

Между войнами, с 1919 по 1937 год , он работал в Университете Виктории в Манчестере , как Langworthy профессор физики. Он стал директором Национальной физической лаборатории в Теддингтоне в 1937 году.

После Второй мировой войны Брэгг вернулся в Кембридж, разделив Кавендишскую лабораторию на исследовательские группы. Он считал, что «идеальная исследовательская единица - это один из шести-двенадцати ученых и несколько помощников».

Манчестерский университет (1919–1937)

После демобилизации он вернулся к кристаллографии в Кембридже. Они договорились, что отец будет изучать органические кристаллы, а сын - неорганические соединения. В 1919 году, когда Эрнест Резерфорд , давний друг семьи, переехал в Кембридж, Лоуренс Брэгг заменил его на посту профессора физики Лэнгуорти в Манчестерском университете Виктории . Он набрал отличный преподавательский состав, включая бывших звукооператоров, но считал, что его знания физики слабые и у него нет опыта работы в классе. Студенты, многие ветераны, были критичными и шумными. Он был глубоко потрясен, но с поддержкой семьи он взял себя в руки и победил. Он и Р.У. Джеймс измерили абсолютную энергию отраженных рентгеновских лучей, что подтвердило формулу, полученную К.Г. Дарвином перед войной. Теперь они могли определять количество электронов в отражающих мишенях и расшифровывать структуры более сложных кристаллов, таких как силикаты. Это было по-прежнему сложно: требовалось много раз угадывать и повторять попытки. В конце 1920-х годов они упростили анализ, применив к данным преобразования Фурье .

В 1930 году он был глубоко встревожен, когда взвешивал предложение о работе от Имперского колледжа в Лондоне. Его семья сплотилась, и он восстановил равновесие, пока они провели 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 нескольких сотрудников. Однако администрация и комитеты отнимали у него много времени от рабочего места.

Кембриджский университет (1938–1954)

Резерфорд умер, и комитет по поиску назвал Лоуренса Брэгга следующим в очереди профессоров Кавендиша, которые руководят Кавендишской лабораторией . Лаборатория обладала выдающейся историей в области атомной физики, и некоторые члены опасались кристаллографа, что Брэгг преодолел беспристрастным руководством. Он работал над улучшением интерпретации дифракционных картин. В небольшой группе кристаллографии был студент-беженец без наставника: Макс Перуц . Он показал данные брэгговской дифракции рентгеновских лучей от гемоглобина , которые позволили предположить, что структура гигантских биологических молекул может быть расшифрована. Брэгг назначил Перуца своим научным сотрудником и через несколько месяцев получил дополнительную поддержку в виде гранта Фонда Рокфеллера . Работа была приостановлена ​​во время Второй мировой войны, когда Перуц был интернирован как вражеский инопланетянин и затем занимался военными исследованиями.

Во время войны Кавендиш предлагал сокращенный курс для аспирантов, в котором особое внимание уделялось электронике, необходимой для радара . Брэгг работал над структурой металлов и консультировался по сонарам и звуковой дальности, они все еще использовали микрофон Такера. Он стал сэром Лоуренсом в 1941 году. Его отец умер в 1942 году, во время которого Брэгг в течение шести месяцев служил офицером по научным связям с Канадой. Он организовывал периодические конференции по рентгеновскому анализу, который широко использовался в военных исследованиях.

После войны он возглавил создание Международного союза кристаллографии и был избран его первым президентом. Он реорганизовал Кавендиш в подразделения, чтобы отразить свое убеждение в том, что «идеальное исследовательское подразделение - это один из шести-двенадцати ученых и нескольких помощников, которым помогают один или несколько первоклассных механиков и мастерская, в которой может быть проведена общая работа с оборудованием. построен. " У старших сотрудников теперь есть офисы, телефоны и секретарская поддержка. В состав отдела добавлен новый раздел по радиоастрономии. Его собственная работа была сосредоточена на структуре металлов с использованием как рентгеновских лучей, так и электронного микроскопа . В 1947 году он убедил Совет медицинских исследований (MRC) поддержать то, что он назвал «смелой попыткой» определить структуру белка как Лаборатория молекулярной биологии , первоначально состоявшая из Перуца, Джона Кендрю и двух помощников. Брэгг работал с ними, к 1960 году они разрешили структуру миоглобина до атомного уровня. После этого он 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 была расшифровка структуры ДНК Джеймсом Уотсоном и Фрэнсисом Криком . Брэгг объявил об открытии на конференции Solvay по белкам в Бельгии 8 апреля 1953 г., но пресса не сообщила об этом. Затем он выступил с докладом в больнице медицинской школе Гая в Лондоне в четверг , 14 мая 1953, в результате которого в статье Ричи Колдер в News Chronicle Лондона в пятницу , 15 мая 1953, под названием «Почему Вы Are You. Ближе Секрет жизни» . Брэгг номинировал Крика, Уотсона и Мориса Уилкинса на Нобелевскую премию 1962 года по физиологии и медицине; Доля Уилкинса признала вклад рентгеновских кристаллографов Королевского колледжа Лондона . Среди них была Розалинда Франклин , чья « фотография 51 » показала, что ДНК представляет собой двойную спираль , а не тройную спираль, предложенную Линусом Полингом . Франклин умер до присуждения премии (которая достается только живым людям).

Королевский институт (1954–1971)

В 1953 году Брэгги переехали в элегантную квартиру профессора-ординатора в Королевском институте в Лондоне, место, которое занимал его отец, когда он умер. В 1934 и 1961 годах Лоуренс читал рождественскую лекцию Королевского института, а с 1938 года он был профессором естественной философии в институте, читая ежегодную лекцию. Преемники его отца ослабили Институт, поэтому Брэггу пришлось его восстановить. Он укрепил финансы за счет привлечения корпоративных спонсоров. Традиционные вечерние выступления по пятницам сопровождались званым ужином для спикера и тщательно отобранными потенциальными покровителями, которых ежегодно более 120 человек. «Две из этих бесед 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 вопросам брака , прочитала лекцию на тему:« Изменение моделей в браке и разводе ''; а 15 ноября Брэгг с явной гордостью слушал Беседу о `` Колебаниях и шуме в реактивных двигателях '', данную его сыном-инженером Стивеном , который тогда был главным научным сотрудником Rolls Royce Ltd, а позже стал Вице-канцлер Университета Брюнеля ". Он также представил программу высоко оцененных школьных лекций, оживленных тщательно продуманными 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 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 сотрудниками с помощью вычислений 9040 отражений, выполненных на цифровом компьютере в Лондонском университете, что значительно облегчило работу. 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 имеют 3 10 спирали , конформация , что они предложили ранее. В этой конформации каждый третий пептид снова связан водородной связью с первым пептидом, образуя кольцо, содержащее десять атомов. К 75-летию Брэгга у них была полная структура фермента. Он стал почетным профессором в 1966 году.

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 рентгеновскому анализу. Недостатком метода является то, что его необходимо проводить на кристаллах, что не позволяет увидеть изменения формы, когда ферменты связывают субстраты и т.п. Эта проблема была решена путем разработки другой линии, инициированной Брэггом, с использованием модифицированных электронных микроскопов для изображения отдельных замороженных молекул: криоэлектронной микроскопии .

За долгие годы сотрудничества с Королевским институтом он был:

Личная жизнь

В 1921 году он женился на Алисе 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 года рождения (вышла замуж за дипломата Марка Хита ) и Пейшенс Мэри, 1935 года рождения. Алиса работала в штате компании. Уитингтонская женская школа, пока Брэгг не был назначен директором Национальной физической лаборатории в 1937 году. Она активно работала в ряде общественных организаций и занимала пост мэра Кембриджа с 1945 по 46 год.

Хобби Брэгга включали рисование - семейные письма иллюстрировались живыми зарисовками - живопись, литература и пожизненный интерес к садоводству. Когда он переехал в Лондон, он скучал по саду и поэтому работал садовником неполный рабочий день, не признавая его работодателем, пока гость в доме не выразил удивление, увидев его там. 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 могильника Вознесения в Кембридже, где также похоронен друг Брэгга, который, если бы он выжил, был его зятем, Рудольф Сесил Хопкинсон.

В августе 2013 года родственник Брэгга , телеведущий Мелвин Брэгг , представил программу BBC Radio 4 («Брэгг на Брэгге») о лауреатах Нобелевской премии по физике 1915 года.

Почести и награды

Семья Брэггов Blue Plaque Лидс

Брэгг был избран членом Королевского общества (FRS) в 1921 году - «квалификация, которая делает другие неуместными». Он был посвящен в рыцари на короля Георга VI в 1941 Новый год с отличием и получил как медаль Копли и Королевская медаль в Королевском обществе . Хотя Грэм Хантер в своей книге «Брэгговский свет - это вестник» 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. В 1967 с отличием Нового года он был назначен Companion почета королевы Елизаветы II.

С 1967 года Институт физики награждает медалью и премией Лоуренса Брэгга . Кроме того, с 1992 года Австралийский институт физики присуждает Золотую медаль Брэгга за выдающиеся достижения в области физики в честь Лоуренса Брэгга (впереди на медали) и его отца Уильяма Брэгга за лучшую докторскую диссертацию студента австралийского университета .

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

  • Хантер, Грэм (2004). Свет - это вестник, жизнь и наука Уильяма Лоуренса Брэгга . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. ISBN 0-19-852921-X.
  • Финч, Джон (2008). Нобелевский стипендиат на каждом этаже . Совет по медицинским исследованиям. ISBN 978-1-84046-940-0. (Эта книга о Лаборатории молекулярной биологии MRC, Кембридж.)
  • Ридли, Мэтт (2006). Фрэнсис Крик: первооткрыватель генетического кода . Выдающиеся жизни. HarperCollins. ISBN 0-06-082333-X.
  • Дженкин, Джон (2008). Уильям и Лоуренс Брэгги, Отец и сын: самое выдающееся сотрудничество в науке . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета.

внешние ссылки

Академические офисы
Предшествует
Langworthy профессор в Университете Манчестера
1919-37
Преемник
Профессиональные и академические ассоциации
Предшествует
Герберт Левинштейн
Президент Манчестерского литературно-философского общества
1927–29
Преемник
Чарльз Эдмонд Стромейер