Уилям Хенри Брег (William Henry Bragg)
2 юли 1862 г. – 12 март 1942 г.
Нобелова награда за физика, 1915 г. (заедно с У. Л. Брег)
(За заслуги в изследването на структурата на кристалите с помощта на рентгенови лъчи.)
Английският физик Уилям Хенри Брег е роден във ферма близо до Уигтън, Кембърланд, в семейството на Робърт Джон Брег, бивш офицер от търговския флот, и Мери (Ууд) Брег, дъщеря на викарий. Майката на Брег умира, когато детето е на седем години, и оттогава то живее при чичо си, който се грижи за неговото образование. Когато момчето става на тринадесет години, баща му го изпраща в колежа Кинг Уилям, средно училище на остров Мен, където то работи добре по всички предмети с изключение на църковна история и гръцки език.
През 1881 г. Брег постъпва в Тринити колидж в Кеймбридж, където става блестящ студент-математик. През последния курс слуша лекциите по физика на Дж.Дж.Томсън, който му казва за свободно място в Аделаидския университет в Австралия. Брег подава заявление и е назначен на длъжността професор по математика и физика, която заема в продължение на осемнадесет години. Тъй като подготовката му в областта на физиката отстъпва на знанията му по математика, голяма част от морското пътешествие той използва за изучаване на учебниците по физика, които взема със себе си.
Брег пристига в Аделаида през 1885 г. Там той се заема с педагогическа дейност, участва в обществения живот на университета, работи в Австралийската асоциация за съдействие на развитието на науката. Почти двадесет години не се опитва да провежда някакви самостоятелни изследвания. През 1889 г. се жени за Гуендорин Тод, дъщеря на Чарлз Тод, министър на пощите на Южна Австралия. Семейството има двама сина, по-малкият от които загива по време на Първата световна война, и една дъщеря. През тези години Брег заема видно положение в южноавстралийското общество, но публикува само няколко кратки статии.
През 1904 г., когато е на четиридесет и две години, Брег започва да се интересува силно от резултатите, свързани с изследванията в областта на радиоактивността, включително и от дейността на Ърнест Ръдърфорд и Пиер Кюри. Той провежда първото си самостоятелно изследване, за да хвърли светлина върху феномена радиоактивност. Следващите три години Брег изучава проникващата способност на алфа частиците (ядра на хелиевия атом), които се излъчват от атомите на радиоактивните вещества при разпадане, или когато ядрата им се разпадат на ядра на други елементи. Той открива, че алфа частиците, излъчвани от дадено радиоактивно вещество, могат да се разделят на добре различими групи, като всички частици от една група изминават еднакво разстояния, преди да бъдат погълнати от разположени на пътя им вещества. Откриването на тези групи, което се оказва доста неочаквано, показва, че алфа частиците се излъчват само с определени начални скорости. Оттук следва изводът, че разпадането на родителското радиоактивно ядро преминава на етапи, като всяко промеждутъчно дъщерно ядро излъчва алфа частица с различна от другите начална скорост. Следователно изминатото от алфа частицата разстояние може да се използва за определяне на типа на ядрото, излъчващо частицата. Това откритие заедно с експериментални изследвания на други радиоактивни излъчвания донася на Брег международна известност.
През 1908 г. Брег получава длъжността професор по физика в университета в Лидс и в началото на следващата година се връща заедно със семейството си в Англия. През следващите няколко години той изследва интензивно свойствата на рентгеновите лъчи и на гама лъчите, смятайки, че те приличат повече на поток от частици, отколкото на вълни. През този период той води бурни дебати с Чарлз Баркъл за природата на рентгеновите лъчи. Но през 1912 г. Макс фон Лауе открива дифракцията (отклонението) на рентгеновите лъчи в кристалите, при което възникващата интерференционна картина напомня аналогична картина като при светлината. Тъй като подобни картини могат да бъдат предизвикани само от вълни, Брег престава да защитава корпускулярната теория, като казва, че „теорията не е нещо повече от удобен и привичен инструменти”. Проблемът, заявява той, „не е в това да се избере между две теории за рентгеновите лъчи, а в това да се изгради теория, която за включва силните страни и на двете гледни точки”. Квантовата теория, създадена през първата четвърт на ХХ в. с усилията на Макс Планк, Алберт Айнщайн и Нилс Бор, довежда до извода, че електромагнитното излъчване (и светлината, и рентгеновите лъчи) има свойствата както на вълните, така и на частиците.
По-големият син на Брег, У.Л.Брег, който след завръщането на семейството в Англия постъпва в Кеймбридж да учи физика, започва през 1912 г. изследвания под ръководството на Дж.Дж.Томсън. Като обсъжда проблема за дифракцията на рентгеновите лъчи с баща си, той достига до убеждението, че вълновата картина на лъчите, описана от Лауе, е вярна, но чувства, че Лауе усложнява излишно в обясненията си детайлите на дифракцията. У.Л.Брег изказва предположението, че атомите на кристала са разположени в равнини и че рентгеновите лъчи се отразяват в тях, образувайки дифракционни картини, които се определят от специфичното разположение на атомите. От тази теория следва, че дифракционните картини на рентгеновите лъчи могат да се използват за определяне на атомната структура на кристалите. През 1913 г. У.Л.Брег публикува формула, която днес носи названието закон на Брег и която определя ъгъла под който трябва да се насочат рентгеновите лъчи към кристала, за да се определи неговата структура по дифракционната картина.
Докато синът му работи над теоретическите аспекти на дифракцията на рентгеновите лъчи, Брег изобретява инструмент, наречен рентгенов спектрометър, предназначен за регистриране на измерване на дължината на вълната на дифрагираните рентгенови лъчи. Работейки заедно, Брегови използват рентгеновия спектрометър, за да определят структурата на различни кристали, и към 1914 г. свеждат анализа на простите кристали до стандартна процедура.
Изследвайки дифракцията при кристалите на натриевия хлорид (готварската сол), Брегови откриват, че веществото не се състои от молекули, а от разположени по определен начин йони на натрия и йони на хлора (йонът е зареден атом). Преди това се предполага, че всички съединения имат молекулярна природа, че например готварската сол е образувана от отделни молекули, състоящи се от атоми на натрия и атоми на хлора. Откритието на Брегови, че някои съединения имат йонен характер и че не съществува например такъв обект като молекула на натриевия хлорид, има фундаментално значение за химиците. Холандският химик Петер Дебай използва тези резултати при своите основополагащи изследвания за поведението на йоните в разтворите.
Изобретеният от Брег рентгенов спектрометър и неговата работа заедно със сина му по изследването на кристалите лягат в основата на съвременната наука рентгенова кристалография. Рентгеновата дифракционна техника се използва от специалистите по материали, от минералозите, керамиците и биолозите. Тя помага да се решат редица проблеми, като се започне от диагностиката на вътрешните напрежения в металните детайли на машините и се свърши с определянето на строежа на биологичните молекули като дезоксирибонуклиновата киселина (ДНК). Макар че съвременните рентгенови спектрометри са до най-голяма степен автоматизирани, принципната им схема и методите им на анализ си остават същите, каквито са разработени от Брегови.
През годината, когато получава Нобеловата награда, Брег става професор по физика в лондонския Университетски колеж. Първата световна война спира неговите изследвания, свързани със строежа на кристалите, по време на войната той ръководи група учени, които се занимават с въпросите на морската акустика и с подводните акустични датчици. След войната Брег събира голяма изследователска група, която се заема с рентгенов анализ на органичните кристали, а това довежда до появата на още една съвременна наука – молекулярната биология. Брег има значителни успехи при определянето на структурата на нафталина и на неговите производни, докато другите членове от групата изследват различни видове органични съединения и анализират теоретически дифракцията на рентгеновите лъчи при сложните кристали.
През 1923 г. Брег става директор на Кралския институт в Лондон и неговата група продължава там изследването на органичните кристали. Блестящ оратор, той получава много покани от различни краища на Англия да чете лекции както за студенти, така и за свои колеги по професия. По време на Втората световна война работи в няколко правителствени научно-консултантски комитета, така че не му остава много време за научни изследвания. Въпреки това Брег запазва живия си интерес към работата на Кралския институт и продължава да пише статии за новите постижения на рентгеновата кристалография почти до смъртта си, която настъпва в Лондон.
Известен със своето дружелюбие, със щедростта и с простотата си, Брег се прекланя пред традициите и майсторството. Дълбоко религиозен човек, той се интересува от взаимоотношенията между науката и религията и пише книга на тази тема. Най-силно е привързан към семейството си и смъртта на съпругата му през 1929 г. е за него страшен удар. Брег е страстен играч на голф и талантлив художник-любител, а освен това свири и на флейта.
Освен Нобелова награда Брег има много награди, сред които
медала Ръмфорд (1916 г.) и медала Копли (1930 г.) на Кралското
дружество. Той получава дворянско звание през 1920 г. и орден „За заслуги” през
1931 г. Президент на Кралското дружество от 1935 до 1940 г., Брег е също член
на водещи научни академии в други страни. Има шестнадесет научни степени,
присъдени му от британски и чужди университети.
Превод от руски: Павел Б. Николов
