历史编译稿:本文保留原稿的科学人物叙事。英文资料来源为Famous Scientists;具名作者及译者未能从导出稿中核实,原发表日期待核实。
这对父子,堪称诺贝尔颁奖史上的一个传奇!
1896年,年仅6岁的劳伦斯·布拉格(Lawrence Bragg)在一次玩闹中从三轮车上摔下,左肘受伤严重,医生一度放弃治疗。爱子心切的父亲亨利·布拉格(Henry Bragg)为了帮助医生治疗儿子的伤势,用自制的X射线设备拍摄了一张骨折伤势处的X射线光片。这是年幼的劳伦斯·布拉格,第一次与X射线结下不解之缘。
1906年,16岁的劳伦斯·布拉格进入父亲任教的阿德莱德大学学习数学和物理学。在这里,这对父子合作开展对X射线射程问题的研究。1912年,劳伦斯·布拉格与父亲亨利·布拉格一起创立了用X射线分析晶体结构的学术新领域。这项技术的应用为DNA双螺旋结构的发现奠定了基础。
1915年,年仅25岁的劳伦斯·布拉格与父亲亨利·布拉格共同分享了该年度的诺贝尔物理学奖!

X射线下的骨折伤势
威廉·劳伦斯·布拉格(William Lawrence Bragg)于1890年3月31日出生于英国南澳大利亚殖民地首府阿德莱德。
他的父亲威廉·亨利·布拉格(William Henry Bragg)是阿德莱德大学的数学和物理学教授。母亲Gwendoline Todd是一位出色的水彩画家。劳伦斯五岁时被父母送入一所修道院学校就读。
1895年底,时任德国维尔茨堡大学校长的威廉·伦琴(Wilhelm Röntgen)偶然发现了一种尚未为人所知的神秘射线—X射线。1896年1月,有关这一发现的消息开始在大众媒体上广泛传播。
在伦琴对外公布这一发现后不久,6岁的劳伦斯第一次接触到了这种神秘的射线(也就是19年后为他带来诺贝尔物理学奖的射线)。
劳伦斯的父亲亨利·布拉格对伦琴的研究非常着迷,他自制一台了X射线设备,并用它拍摄了澳大利亚的第一张X射线照片。此后不久,劳伦斯不慎从三轮车上摔下来,肘部骨折。他的父亲拍摄了一张肘部骨折处的X光照片,用来帮助医生为儿子进行治疗。这也是澳大利亚拍摄的第一批医学X光照片之一。

1901年,刚过完11岁生日的劳伦斯,便进入阿德莱德圣彼得学院就读高中。这所学校的课程以古典文学为主,包括英语、法语、拉丁语和希腊文学。劳伦斯还学习了数学和化学。
劳伦斯的数学和化学成绩都遥遥领先于其他同学,因此很快就被批准进入高年级就读,并于15岁时顺利从高中毕业。
1906年初,劳伦斯进入阿德莱德大学学习数学、物理和化学。18岁时,劳伦斯以优异的成绩顺利毕业,获得一等荣誉数学学士学位。
尽管学习成绩优异,但高中和大学的学习时光对劳伦斯·布拉格来说并不愉快。因为他的年龄比同学们小得多,总觉得自己是个局外人。在他的余生中,劳伦斯都是一个矜持、内敛的人,常常喜欢自己一个人独处,而非与他人作伴。

1909年,19岁的劳伦斯·布拉格前往剑桥大学攻读数学学位。当时,他们全家都搬到了英国,因为布拉格的父亲亨利·布拉格被利兹大学任命为卡文迪许实验室的物理学教授。
慢慢地,布拉格开始在剑桥结交朋友:这是他有生以来第一次感到自己是在同类人中生活。布拉格决定听从父亲的建议,主修物理学而非数学。
1911年,21岁的劳伦斯以优异的成绩从剑桥大学顺利毕业,并获得一等荣誉物理学学位。

X射线衍射定律的伟大发现
完成学业后,布拉格前往美国麻省理工学院攻读研究生课程,并成为了约瑟夫·约翰·汤姆逊(J. J. Thomson)实验室的一名研究生。
1912年,年仅22岁的布拉格得到了一项重大发现,也就是著名的布拉格X射线衍射定律。
同年早些时候,慕尼黑大学的教授马克斯·冯·劳厄(Max von Laue)发现了X射线晶体衍射现象,并因此判断X射线是一种电磁波。1914年,马克斯·冯·劳厄因这一发现而被授予该年度的诺贝尔物理学奖。在劳厄对外公布他的发现之前,包括劳伦斯·布拉格的父亲在内的许多科学家都认为X射线是一种粒子,不可能发生衍射。
当X射线等波遇到障碍物或缝隙时,就会发生衍射。波在障碍物或缝隙的拐角处发生弯曲。如果障碍物的大小与波长相似,衍射现象就会特别明显。在劳厄的研究中,晶体中的原子间距与X射线的波长相似。
如果波遇到间距与波长相似的障碍物,就会产生干涉图案。干涉图案包含衍射波相互增强的区域和衍射波相互抵消的区域。增强区域被称为建设性干涉;相互抵消区域被称为破坏性干涉。

在上图中,通过分析干扰模式就可以推断出A和B之间的确切间距。
劳伦斯·布拉格仔细研究了劳厄的X射线衍射论文(下图左半部分是X射线穿过硫化锌晶体时劳厄拍摄到的干涉图案)。尽管当时他还只是一名年轻的研究生,但他得出了一个大胆的结论(下图右半部分是劳伦斯对劳厄的干涉图案作出的分析):劳厄对X射线的特性和晶体中原子可能的排列方式作出了错误的推断。

布拉格发现,劳厄拍摄的衍射照片是晶体内原子平面反射的干涉图样,这一方法大大简化了分析工作。此后的一天,当布拉格独自一人沿着剑桥的卡姆河畔散步时,他得到了以下启示:从晶体中不同深度的原子薄片反射出的波相互干涉,从而产生了衍射图案。
布拉格得出的定律是:

劳厄照片上的黑点(图6左半部分)表明发生了建设性干涉。布拉格推断:当距离d等于X射线波长的整数倍n时,就会发生这种现象。
因此,布拉格得到了一种计算出晶体中原子间精确距离d的方法。从不同位置拍摄晶体的X射线衍射照片,就可以找到晶体的完整结构。
这是科学史上最关键的突破之一。科学家们有史以来第一次看到物质在原子尺度上的样子,从而建立起原子尺度上物质的三维模型。
布拉格的父亲对儿子的研究工作颇感兴趣,并在利兹大学的实验室进行了首次确定晶体结构的实验,劳伦斯·布拉格也参与其中。
即使在一个多世纪后的今天,出现了更先进的设备和计算方法,由布拉格父子创造性提出的X射线晶体学理论,仍然是被用来确定固体材料原子结构的首选方法。

父子同心,共获诺奖
为了表彰他们的研究成果,布拉格父子共同分享了1915年的诺贝尔物理学奖。年仅25岁的劳伦斯·布拉格(最年轻的诺奖得主)因其在22岁时完成的工作而获奖。
劳伦斯曾在第一次世界大战中为英国陆军服役,因其英勇表现而被授予“维多利亚十字勋章”。战争期间,劳伦斯开展实地研究,通过声音测距发现了敌方炮兵的位置。
1938年,劳伦斯·布拉格接任刚刚去世的欧内斯特·卢瑟福(Ernest Rutherford)成为剑桥大学卡文迪许实验室的物理学教授。在布拉格任职的最初几年,第二次世界大战打乱了实验室的正常工作。
战争结束后,布拉格将X射线晶体学列为卡文迪许实验室的工作重点之一,并于1948年开始对蛋白质结构进行重点研究。
1954年,64岁的劳伦斯·布拉格离开剑桥前往伦敦,成为英国皇家学会理事和戴维-法拉第实验室主任。
1970年7月1日,威廉·劳伦斯·布拉格在英格兰伊普斯维奇去世,享年81岁,他被安葬在剑桥大学三一学院的小教堂中。

劳伦斯·布拉格与父亲亨利·布拉格共同创造了诺贝尔颁奖史上的一段佳话,年仅25岁的劳伦斯·布拉格也成为了有史以来最年轻的诺贝尔物理学奖得主!
盛名之下,是几乎纠缠半生的流言蜚语,“拼爹”的光环、“德不配位”的批评,让劳伦斯·布拉格淹没于父亲的光环之下,多数人感慨他的家世斐然、年少成名,却看不到背后始终如一日的坚持与努力!
幸运的是,这位年轻的诺奖得主始终坚持初心,不为流言困扰。年少时斩获的盛誉并不能让他停止前行的脚步,劳伦斯·布拉格执着科研、热爱艺术、享受生活,始终向自己的目标执着前行,理想的彼岸,就在你不断奔跑的方向!
原文链接:
https://www.famousscientists.org/lawrence-bragg/
资料来源:《Famous Scientists》
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编辑说明
编辑说明:布拉格的“最年轻”纪录限定为诺贝尔物理学奖,原题名和正文中过于宽泛的“最年轻诺奖得主”已相应更正;原英文有关科学类奖项的历史叙述和其余经历保留。
补充参考资料
来源与编辑记录
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校订说明:编辑说明:布拉格的“最年轻”纪录限定为诺贝尔物理学奖,原题名和正文中过于宽泛的“最年轻诺奖得主”已相应更正;原英文有关科学类奖项的历史叙述和其余经历保留。