Макс фон Лауе (Max von Laue)
9 септември 1879 г. – 24 април 1960 г.
Нобелова награда за физика, 1914 г.
(За откритата дифракция на рентгеновите лъчи при кристалите.)
Немският физик Макс Теодор Феликс фон Лауе е роден в семейството на цивилния служител във ведомството на военните съдилища Юлиус Лауе и на Мина Церенер. Дворянската приставка "фон" семейството прибавя през 1913 г., когато бащата на Лауе получава наследствено дворянство. Поради служебните задължения на бащата семейството често се мести от едно място на друго, затова Лауе трябва да учи в много училища, но средното си образование получава преди всичко в протестантската гимназия в Страсбург. На дванадесет години започва да се интересува от физика и, насърчаван от майка си, посещава "Урания" - берлинско дружество, занимаващо се с популяризиране на науката. В дружеството се организират изложби, на които се представят действащи модели на научни прибори, демонстрират се опити и се дават пояснения към тях.
Като завършва през 1898 г. гимназия, Лауе започва да се занимава с физика, химия и математика в Страсбургския университет. Едновременно с това отбива задължителната годишна военна служба. В университета интересът му към физиката се поддържа от лекциите на Фердинанд Браун. Лауе учи също така в Гьотингенския, Мюнхенския и Берлинския университет. През 1903 г. под ръководството на Макс Планк в Берлинския университет защитава отлична докторска дисертация по теория на интерференцията на светлината в плоско-паралелни пластини. Интерференция се нарича взаимодействието на пресичащи се светлинни вълни, които се потискат или усилват в зависимост от различията в техните фази (състояния в циклите на промените при електрическото и магнитното поле). Като работи над дисертацията си, Лауе за първи път започва да се интересува от физическа оптика.
Следващит две години Лауе прекарва в Гьотингенския университет, след което държи изпит за правото да преподава физика в средните училища. От 1905 до 1909 г. е асистент на Планк в Института за теоретична физика в Берлин. През този период той се опитва да приложи понятието ентропия към полетата на излъчване и да изясни термодинамичния смисъл на кохерентността на светлинните вълни. Ентропия в термодинамиката се нарича физическото свойство, свързано с промените на енергията и степента на равновесие на системите. Кохерентност на светлинните вълни означава съществуване на строго зададено устойчиво съотношение между техните фази, когато степента на съвпадение или разминаване между електромагнитните им полета остава непроменена. Съвместната работа на Лауе и Планк прераства в дружба, на която те остават верни до края на живота си. Като работи от 1906 до 1909 г. като приват-доцент (нещатен преподавател) в Берлинския университет, Лауе се прехвърля към физическия факултет на Мюнхенския университет при Арнолд Зомерфелд. В Мюнхен чете лекции по оптика и термодинамика и през 1911 г. публикува първата си обстоятелствена монография, посветена на тогавашната още спорна теория за относителността на Алберт Айнщайн.
През следващата година Лауе е назначен към катедрата по теоретична физика в Цюрихския университет, където работи две години до преместването си във Франкфуртския университет. Значителна част от Първата световна война прекарва във Вюрцбургския университет при Вилхелм Вин. Там се запознава с изследванията на електронните лампи, използвани при телефонията и безжичната връзка. През 1917 г. Лауе е назначен за заместник-директор на физическия институт Кайзер Вилхелм в Берлин, чийто директор е Айнщайн. Продължавайки да изпълнява своите предимно административни задължения в института, през 1919 г. Лауе приема поканата да заеме поста професор по физика в Берлинския университет и остава на този пост до 1943 г.
След преместването си в Цюрих Лауе започва да се интересува от проблема, останал неразрешен от времето, когато Вилхелм Рентген открива рентгеновите лъчи (1895 г.): дали лъчите са една от формите на електромагнитното излъчване с много къса дължина на вълната? Тогава той работи над главата по вълнова оптика за многотомната "Енциклопедия на математическите науки" ("Еnzykiopadie der mathematischen Wissenschaften"). Необходимо му е да изрази математически действието на дифракционната решетка върху светлинните вълни. Дифракционна решетка се нарича стъклена пластина или огледало, върху което на малко разстояние един от друг са нанесени равноотдалечени щрихи (браздички), разбиващи падащата светлина на множество отделни източници. Вторичните светлинни вълни, идващи от различните участъци на дифракционната решетка, имат еднаква фаза, но попадат в точка на екрана, изминавайки различни разстояния. Тъй като при разпространението на светлината фазата се повтаря през разстояние, равно на дължината на вълната (както например през разстояние между съседните гребени на океанската вълна), лъчите идват с различни фази и в зависимост от това колко (цели и частични) дължини на вълната се събират при изминатия от тях път. В резултат от това върху екрана се получава сложна картина от светли и тъмни ивици: светлите са там, където идващите вълни съвпадат по фаза и се усилват помежду си; тъмните са, където идващите вълни са в противофаза и се потискат помежду си. Лауе се занимава с обобщаване на математическото описание за двумерна дифракционна решетка с две двойки щрихи.
По същото време Лауе се обръща към свой колега с молба да му помогне да изследва математически поведението на светлинните вълни в кристалите. Предполага се, че кристалът представлява триизмерна решетка с атоми във възлите, образуващи периодично повтарящ се правилен "мотив". Лауе не успява да реши задачата, за която го молят, но проявява интерес към това какво би станало със светлинните вълни, ако са много къси (много по-къси от дължината, която има вълната на видимата светлина) в сравнение с разстоянието между атомите в кристалната решетка. На равнището на съществуващото тогава знание е прието да се смята, че междуатомното разстояние в кристалните решетки е около десет пъти по-голямо от предполагаемите дължини на вълните на рентгеновото излъчване. Лауе веднага изказва предположение, че ако рентгеновото излъчване наистина се състои от електромагнитни вълни, кристалите ще му действат като триизмерна дифракционна решетка. От кристала в различни посоки ще идва разсеяно на отделни атоми рентгеново излъчване и ще образува дифракционна картина, състояща се от светли точки, когато падат лъчи, съвпадащи по фази и затова усилващи се помежду си, и тъмни области, където се събират лъчи, в една или друга степен несъвпадащи по фаза и затова потискащи се помежду си.
Лауе предлага експеримент, който позволява да се потвърди или опровергае предложената от него хипотеза, а докато чака да се намерят желаещи и съответно оборудване, се заема с преодоляването на някои теоретични възражения. През април 1912 г. сътрудникът на Мюнхенският университет Валтер Фридрих (асистент на Зомерфелд) и аспирантът от същия университет Паул Книпинг успяват да насочат към кристал от меден сулфат тесен сноп рентгеново излъчване и да фиксират разсеяното от кристала излъчване върху фотоплака. Първият им успех е дифракционна картина от тъмни точки, която виждат, когато проявяват плаката (тъмните петна върху негатива съответстват на по-голямо осветяване). Днес подобни дифракционни картини се наричат лауеграми. Дори ако падащото рентгеново излъчване се състои от различни по дължина вълни, в тъмните точки идва излъчване с една и съща дължина на вълната. Това е още едно потвърждение, че се наблюдава интерференция на електромагнитни вълни. Съотношенията между фазите на вълните с различна дължина са прекалено сложни, за да пораждат ясна дифракционна картина. Но присъстващите в излъчване с някаква определена дължина вълни могат да предизвикват селективно ясна дифракционна картина, различима добре върху общия фон. Вдъхновен от потвърждението на своята хипотеза, Лауе се справя с всички математически трудности. Той открива, че за да опише дифракцията на двумерна решетка е необходимо да повтори няколко пъти пресмятанията, направени в случая с разсейването при едномерна решетка.
Изведените от Лауе уравнения позволяват да се установи съответствие между експериментално наблюдаваните лауеграми, от една страна, и реалните положения на атомите в кристалите и дължината на вълната на рентгеновото излъчване, от друга. С това Лауе открива много перспективна област за изследване (рентгеновата кристалография), където рентгеновото излъчване се използва за определяне на структурата на кристалите, а кристалите с известна структура - за определяне на дължината на вълните на рентгеновото излъчване. Анализът на рентгеновото излъчване, изпускано от атомите (рентгеновата спектроскопия), се оказва много важен за разбирането на структурата на атома. Айнщайн нарича откритието на Лауе "едно от най-красивите във физиката".
