1862–1942

В истории науки время от времени встречаются целые династии учёных. Такие фамилии, как Бернулли, Беккерель, Томсон, Кюри прославились тем, что способности к научным исследованиям и жажда оных передавалась из поколения в поколение от родителей детям. Уильям Генри Брэгг вошёл в историю совместно с Уильямом Лоренсом Брэггом, своим сыном, ставшим самым молодым нобелевским лауреатом за всю историю премии. А получили они эту награду за то, что с помощью рентгеновских лучей проникли внутрь кристаллов и разобрались в том, как они устроены. Благодаря тому, что они провели такие исследования и изобрели рентгеновский спектрометр, возникло новое направление в физике – рентгеновская кристаллография. Наследием Брэгга сегодня широко пользуются учёные-биологи и минералоги, оно позволяет осуществлять диагностику микроскопических дефектов в деталях машин и определять особенности строения молекул ДНК.

Уильям Генри Брэгг родился 2 июля 1862 г. на ферме около Уигтона, расположенного в северной части Британии. Его отец, Роберт Джон Брэгг, бывший офицер торгового флота, купил эту ферму и занимался сельским хозяйством, а мать Мэри была дочерью викария, т. е. местного священника. После внезапной смерти матери, случившейся, когда Брэггу-младшему исполнилось семь, отец с сыном переехали в город Маркет-Харборо графства Лестершир, где жили два брата Брэгга-старшего. Один из них, тоже по имени Уильям Брэгг, восстановил заброшенную гимназию и вместе с пятью другими ребятишками определил туда своего племянника. Позже, вспоминая эту главу из своей биографии, Уильям Генри напишет: «Школа была хорошая, и я успешно и быстро закончил её. Затем я поступил в колледж, оказавшись самым молодым из поступивших. Меня приняли в третий класс, я считал, что способен пойти дальше, но правила запрещали переходить в следующий класс тем, кто не сдал историю церкви – её я завалил, равно как и греческий». Колледж, в который поступает 13-летний Брэгг, носил имя короля Вильгельма и находился на острове Мэн в Ирландском море, между Шотландией и Ирландией.

В 1881 г. Брэгг поступает в Тринити-колледж Кембриджского университета. Даётся это ему нелегко: после первых двух неудавшихся попыток он всё-таки решается попробовать свои силы в третий раз и оказывается в числе счастливчиков, зачисленных в студенты. Среди его преподавателей был уже знакомый нам Джозеф Джон Томсон, от которого, будучи студентом последнего курса, Брэгг узнал о вакансии на должность профессора математики и физики в Аделаидском университете в Австралии. Не теряя времени даром, он подаёт заявление и, после испытательного экзамена, получает преподавательскую должность, которую занимает на протяжении 18 лет. Путешествие из Англии в Австралию в те времена занимало немало времени, и новоиспечённый профессор очень доволен этим обстоятельством: у него есть возможность перечитать взятые с собой учебники, чтобы «подтянуть» знания по физике и математике.

С 1885 г. двадцатитрехлетний Брэгг преподаёт в университете, работает в Австралийской ассоциации содействия развитию науки, но не предпринимает никаких попыток вести собственные научные исследования. Так проходят почти 20 лет. За это время он успевает жениться на Гвендолин Тодд, чей отец занимал пост начальника почтового департамента в Южной Австралии, и обзавестись тремя детьми. Впоследствии один из его сыновей погибнет в Дарданеллах в ходе сражений Первой мировой, а второй станет коллегой отца, разделив с ним славу получения Нобелевской премии.

Семья для Брэгга – важная часть его самого. Стремясь быть хорошим мужем и отцом, он подходит к этому с позиций христианского учения: «Христос в заповедях и на собственном примере показал, что Бог – наш Отец, а мы – Его дети. Он показал общество, где царит любовь. Поэтому в поисках руководства в жизни мы должны думать о том, какими бы мы хотели видеть детей и какого поведения мы ожидаем от них. Нам нравится, когда дети прилежные, искренние, радостные, доброжелательные. Нам приятно, когда они веселятся.

Иногда мы испытываем огорчение и боль, но все равно: давайте будем счастливы настолько, насколько это возможно. И пока мы пребываем в благополучии и счастье, давайте помогать тем, кто их лишён. Чем сильнее наше стремление к счастью, тем больше сможем мы передать его другим. Ведь мы верим, что эта жизнь – всего лишь подготовка, а не последнее испытание».

Иногда в жизни происходят неожиданные повороты, когда начинаешь заниматься тем, о чем раньше и не думал. Так произошло с Брэггом, узнавшим о работах Эрнеста Резерфорда и Марии и Пьера Кюри и результатах их исследований феномена радиоактивности. Вдохновлённый их поиском, он проводит самостоятельные исследования – изучает проникающую способность альфа-частиц (ядер атома гелия), которые испускаются атомами радиоактивных веществ при распаде. Для проведения своих экспериментов Брэгг собственноручно сконструировал рентгеновскую трубку, бывшую, скорее всего, первой в Австралии. Вскоре после этого, когда пятилетний Уильям Лоренс неудачно упал с велосипеда и сломал руку, Брэгг-старший с успехом применил рентгеновское излучение для диагностики полученной сыном травмы. Этот эпизод стал первым документально подтверждённым случаем применения рентгеновских лучей в хирургических целях в Австралии.

В 1908 г. семья Брэггов возвращается в Англию. Отцу семейства предложили должность профессора физики в университете Лидса. Здесь он продолжает начатые им эксперименты, исследуя также свойства рентгеновских и гамма-лучей. Сторонник корпускулярной теории, Брэгг ведёт жаркие дискуссии с коллегами о природе рентгеновских лучей. Когда же в 1912 г. Макс фон Лауэ открыл дифракцию (отклонение) рентгеновских лучей на кристаллах, явление сугубо волновое, Брэгг успокоился, сказав, что «теории – это не более чем удобные и привычные инструменты». Стремясь определить то, что сегодня принято именовать корпускулярно-волновым дуализмом, он считает, что дело «не в том, чтобы выбрать между двумя теориями рентгеновских лучей, а в том, чтобы построить теорию, которая совместила бы сильные стороны обеих точек зрения». Окончательно тайны рентгеновского излучения будут раскрыты позже, благодаря открытию квантовой физики усилиями Макса Планка, Альберта Эйнштейна и Нильса Бора. Лишь тогда будет доказано, что электромагнитное излучение (в том числе и рентгеновское) обладает свойствами как волн, так и частиц.

В это время старший сын Брэгга, Уильям Лоренс, поступивший, как некогда и его отец, в Кембридж, начинает собственные исследования под руководством Джозефа Джона Томсона. Его, как и отца, интересует вопрос о рентгеновских лучах и их дифракции. Уильям Лоренс предположил, что атомы кристаллов располагаются в плоскостях, а рентгеновские лучи, отражаясь от них, образуют дифракционные картины, исследуя которые можно определить атомную структуру кристалла. В 1913 г. он дополнил свою гипотезу конкретной формулой (ныне именуемой законом Брэгга), позволявшей определить угол падения рентгеновских лучей на кристалл, при котором можно «расшифровать» его структуру по образовавшейся дифракционной картине. В это время, Брэгг-старший разрабатывает рентгеновский спектрометр – устройство для обнаружения и измерения длины волны рентгеновского излучения. Изучение структуры различных кристаллов привело к новым открытиям. Например, Брэгги обнаружили, что кристаллы поваренной соли (хлористого натрия) имеют ионную структуру, т. е. состоят не из атомов натрия и хлора, а из ионов соответствующих элементов. В итоге, в 1915 г., когда Брэггу-старшему было уже 53, а Брэггу-младшему только 25, им присудили Нобелевскую премию по физике с формулировкой «за заслуги в исследовании структуры кристаллов с помощью рентгеновских лучей».

Во время Первой мировой войны немецкая армия активно применяла подводные лодки, от которых английскому флоту приходилось несладко, Брэгг (тогда уже профессор физики Университетского колледжа в Лондоне) был приглашён возглавить группу учёных, занимавшихся разработкой защиты кораблей от субмарин. Работа шла хорошо и привела к созданию специальных подводных акустических датчиков, позволявших определять местонахождение подлодок, но Брэгга тянуло вернуться к рентгеноскопии и кристаллографии. Изучая вместе с другими учёными строение органических кристаллов, Брэгг закладывает основы ещё одного нового направления – молекулярной биологии.

Впрочем, не следует думать, что рентгеновские лучи и кристаллы являются единственным, что интересует Брэгга. Он играет на флейте, рисует картины и любит гольф. Но особенное значение для него имеет вопрос о месте веры в его научном труде. Брэгг считает, что «религия даёт человеку цели, а наука – средства к их достижению». «Некоторые спрашивают, – продолжает учёный, – не противоречат ли наука и религия друг другу. Да, они действительно противоположны – так же, как пальцы правой руки противоположны пальцам левой руки. Эта противоположность позволяет охватить всё». В лекции под названием «Наука и вера», произнесённой в 1941 г., Брэгг заявляет: «Наука движется вперёд шаг за шагом путём эксперимента, методом проб и ошибок. Она обогащается и за счёт достижений, и за счёт неудач. Разве не таков же путь религии, в особенности христианства? Верующие всегда писали и проповедовали о том, что проверять религию нужно на опыте. Если человек стремится к чести, храбрости, терпению, справедливости, милосердию и любви, то пусть последует за Христом и убедится во всём на собственном опыте. Ни одно из научных открытий не помешает ему в этом».

Помимо Нобелевской премии, Брэгг удостоился многочисленных наград, включая медаль Румфорда и медаль Копли Королевского общества. В 1920 г. он был возведён в дворянское звание. В течение пяти лет, с 1935 по 1940 гг., он занимает пост Президента Королевского общества, являясь при этом членом научных академий других стран. Как и Макс Планк, он потерял сына во время Первой мировой войны, но ему довелось пережить ещё и начало Второй мировой. В этот период Брэгг работает председателем научного комитета при продовольственной полиции, председателем комитета научных советников, председателем научного комитета при британском консульстве, является членом департамента научных и промышленных исследований. Даже для полного сил молодого организма такая нагрузка – на грани возможного, а Брэггу уже почти 80! В итоге проблемы с сердцем заставляют учёного отойти от активной жизни, хотя он продолжает работать в меру своих сил. Последняя из его статей по рентгеноскопии была опубликована в 1941 г. в журнале «Nature».

Во вторник, 10 марта 1942 г., Брэгг не смог подняться с постели в своём доме в Лондоне, а спустя два дня умер.