более десяти лет не было в живых, но их истории так плотно переплетены, что будет верным начать с Брэгга-старшего.
Уильям Брэгг родился в Камбрии в 1862 году, когда Фридрих Мишер учился в школе и все еще мечтал стать врачом. Талантливый мальчик Уильям окончил школу и освоил математику в Кембридже, где был первым в своем выпуске и подавал столько надежд[228], что в 1885 году – в возрасте 23 лет – получил должность на кафедре математики и физики в Университете Южной Австралии в Аделаиде. Путь туда был долгим, но несколько недель путешествия по морю дали ему возможность подучить физику, которую он до тех пор избегал.
Исследования не были сильной стороной этого университета, не многим лучше дела обстояли с преподаванием. Брэгг воспользовался всеми возможностями, какими только мог, и вскоре вдохнул новую жизнь в преподавание, организовал серию публичных лекций, пользовавшихся необыкновенной популярностью, и начал собственное оригинальное исследование. Кроме того, он женился на Гвендолин, 19-летней дочери главного почтмейстера. У них родилось трое детей: Лоренс в 1890 году, за ним Роберт («Боб») двумя годами позднее и Гвендолин в 1907 году.
Брэгг поздно занялся серьезными исследованиями – в возрасте 42 лет – и, несмотря ни на что, стремительно добился успеха. Колеса научного поиска смазываются ежедневным контактом с единомышленниками и постоянным обменом с ними мыслями и идеями. Ничто из этого не было возможным, когда Брэгг приехал в Аделаиду, поэтому он вел переписку с выдающимися физиками в Великобритании и Северной Америке. Список возглавлял Эрнест Резерфорд, теория атомного распада которого принесла ему Нобелевскую премию по химии в 1908 году и на которого произвело очень большое впечатление все то, чего достиг Брэгг. Поначалу Брэгг творил чудеса при помощи примитивной рентгеновской трубки[229] – первой, добравшейся до Австралии, – которая привлекла на его публичные лекции рекордные толпы народа, а также показала, что шестилетний Лоренс сломал локоть, упав с трехколесного велосипеда. При помощи экспериментов он убедился, что рентгеновские лучи состоят из частиц[230]; из-за этого он вступил в открытое противостояние с Ч. Г. Барклой, профессором физики в Королевском колледже Лондонского университета, который был убежден, что рентгеновские лучи ведут себя как волны. Они обменивались ударами в разделе «Письма читателей» в журнале Nature, пока уставший от них редактор не положил конец дальнейшей корреспонденции. Эта оживленная переписка, вместе с целым потоком работ в период с 1905 по 1908 годы, сделала Брэгга членом Королевского общества в 1907 году и преподавателем на кафедре физики в Лидском университете двумя годами позднее.
Он был «необыкновенно счастлив» в Аделаиде[231], но теперь перебрался в Лидс и начал обустраивать свой новый факультет. Все шло хорошо, пока в конце июня 1912 года Брэгг, который был на отдыхе вместе с семьей, не получил письмо. Оно содержало плохие новости, которые произвели эффект разорвавшейся бомбы, а также кое-какие сведения, вынудившие Брэгга изменить свои планы. Кроме того, письмо втянуло в сюжет и его сына.
Яблочко от яблони
Как и его отец, Лоренс Брэгг с самого начала демонстрировал отличные успехи в учебе, чему, несомненно, способствовала «вдохновляющая научная атмосфера»[232] дома. В школе его считали «странным чудаком», безнадежным на физкультуре, но живо интересовавшимся морской природой (новая каракатица, Sepia braggi, стала его первым научным открытием). В возрасте 15 лет он поступил в Аделаидский университет, который окончил первым в выпуске по математике в 1908 году, как раз когда его отец готовился к переезду в Лидс. Лоренс отправился вслед за ним в Англию, получив право на стипендию в Тринити-колледже в Кембриджском университете, который он снова окончил первым в выпуске. В 1911 году он устроился во всемирно известную Кавендишскую лабораторию в качестве аспиранта у Дж. Дж. Томсона, нобелевского лауреата, открывшего электрон. Это должно было стать захватывающим приключением, но оказалось «сырым исследованием»[233] скучного предмета.
В июне 1912 года он собирался присоединиться к родителям на отдыхе, но пришедшее письмо[234] изменило его жизненный путь так же, как и его отца. Письмо было от Ларса Вегарда, норвежского физика, учившегося у Уильяма Брэгга в Лидсе, а в то время находившегося в Вюрцбургском университете в Германии. Вегард рассказывал о недавнем утверждении некого Макса Лауэ, согласно которому кристаллы могут дифрагировать рентгеновские лучи, и очень кстати подробно описал постановку эксперимента. Вывод из этого был шокирующе ясен: способные к дифракции рентгеновские лучи должны были быть волнами, а не частицами. Уильям был удручен тем, что потерпел поражение в бою с Барклой, но Лоренс видел больше возможностей, чем угроз, и убедил отца, что они должны вместе заняться этим новым явлением – дифракцией рентгеновских лучей.
По возвращении в Кембридж на Лоренса снизошло неожиданное вдохновение[235]. Он понял, что каждое пятнышко на снимке Лауэ было нарисовано «карандашом» рентгеновских лучей, которые отталкивались от идентичных структур в последовательных слоях кристаллической решетки (Рис. 8.1). Положение каждого пятнышка можно было предсказать по углу, под которым первоначальный пучок рентгеновских лучей падал на атом мишени, и расстоянию между слоями решетки. Математическая формула, описывавшее происходящее и позднее получившая название «закон Брэггов»[236], была гораздо проще сложной серии уравнений Лауэ. Действительно, теперь стало очевидным, что объяснение Лауэ было «неудовлетворительным».
Ключевое значение имело то, что с помощью уравнения Брэгга можно было превратить узор из пятнышек в карту, указывавшую точное расположение отдельных атомов в молекуле вещества, из которого состоял кристалл.
На севере, в Лидсе, Уильям Брэгг разработал и сконструировал инструмент для выявления невидимых «карандашей» дифрагированных рентгеновских лучей, которые расходились от задней стороны кристалла мишени. Это был рентгеновский спектрометр[237], в котором две практически невесомые полоски сусального золота, висящие внутри латунной трубки, отталкивались друг от друга за счет электрических разрядов, когда окружавший их воздух ионизировался проходившими через трубку рентгеновскими лучами. Спектрометр был необыкновенно точным, но трудоемким в использовании.
Тем временем Лоренс забросил свой сырой исследовательский проект у Дж. Дж. Томсона и опробовал свой новый закон на сделанных по методу Лауэ снимках кристаллов – кубиков галита (каменной соли) и плоских стеклоподобных кусочков слюды. Эти эксперименты подтвердили, что он пришел к чему-то большему и лучшему, чем интерпретация Лауэ. Результаты экспериментов со слюдой[238] были особенно волнующими. С некоторым беспокойством дрожащий от возбуждения Лоренс принес все еще влажный снимок Томсону, который тот несколько секунд серьезно изучал, прежде чем его лицо
