Отец и сын Брэгги

Знаменитый физик Уильям Генри Брэгг родился в Англии в 1862 г. в семье моряка. В 1884 г. он окончил Кембриджский университет и вскоре стал профессором физики и математики в университете Южной Австралии. Там – в Австралии – родился его сын Уильям Лоренс Брэгг, которому было суждено, вместе с отцом, стать гордостью Англии, вписать славные страницы в историю английской и мировой науки. Блестящие способности позволили Вилли (так звали его в семье) с отличием закончить Аделаидский университет уже в 1908 г. А через год семья переехала в Англию, где У.Г.Брэгг преподавал и вел научные исследования в Лидсе, а УЛ.Брэгг завершал свое образование в Кембридже.

В июне 1912 г. молодой Уильям Лоренс приехал на каникулы в Лидс. В это время вышла статья Макса Лауэ о дифракции Х-лучей на кристаллах. Отец и сын Брэгг многократно обсуждали статью (она опровергала некоторые научные гипотезы У.Г.Брэгга). Чтобы точнее представить ход событий, следствием которых явилось рождение рентгеноструктурного анализа, процитируем воспоминания У.Л.Брэгга, записанные им полвека спустя: "По возвращении в Кембридж я продолжал изучать результаты Лауэ и убедился, что особенности дифракционной картины объясняются схемой расположения атомов в кристалле ZnS, который использовал Лауэ. Свою первую работу по дифракции ZnS я изложил на заседании Кембриджского философского общества в ноябре 1912 г. В ней я показал, что в основе "цинковой обманки" (так называется минерал состава ZnS, другое название этого минерала – сфалерит) лежит кубическая гранецентрированная решетка. Это был первый, хотя и неполный анализ кристалла с помощью Х-лучей".

Таким образом, именно Брэгг-младший сделал первый решительный шаг к познанию структуры кристалла, и было ему тогда 22 года. Вскоре и Брэгг-отец проявил немалый интерес к изучению кристаллических структур. Он сконструировал для этой цели специальный прибор – ионизационный спектрометр, конструкция которого в основе своей предвосхищала прибор для рентгенострукурного анализа – автоматический дифрактометр. В качестве первых объектов были выбраны NaCI, KCI, KBr, алмаз, ZnS (сфалерит). " Спектрометр X-лучей, вспоминал в последствии У.Л.Брэгг, – открыл новый мир. Он оказался более мощным средством анализа кристаллической структуры, чем фотографии Лауэ ... Это было подобно золотой россыпи с разбросанными самородками, ожидающими, чтобы их подобрали. На этом этапе отец и я объединили силы и неистово работали все лето 1913 года ... Это было восхитительное время, когда мы трудились ежедневно до глубокой ночи, изучая новые миры, которые раскрывались перед нами в безмолвной лаборатории".

В 1915 г. увидела свет первая монография У.Г.Брэгга и У.Л.Брэгга, посвященная рентгеноструктурному анализу, в которой было описано строение 33 веществ. В том же году отец и сын Брэгги были удостоены Нобелевской премии, причем Брэгг-сын стал самым молодым Нобелевским лауреатом за всю историю присуждения этих престижных премий в XX веке.

Вскоре к определению кристаллических структур подключилась большая группа исследователей из разных стран, но Брэгги – основоположники рентгеноструктурного анализа – еще долгие годы оставались лидерами этого важнейшего научного направления.

Уильям Генри Брэгг возглавил группу исследователей, изучавших строение органических кристаллов в Лондонском Королевском институте; с 1923 г. по 1942 г. (до конца своих дней) он занимал почетную должность директора этого института; впоследствии, с 1953 г. по 1966 г. главой Королевского института был Брэгг-младший.

Накопление и анализ сведений о строении кристаллов в 1920 г. привели Уильяма Лоренса Брэгга к созданию первой таблицы атомных радиусов, и хотя эта таблица вскоре была пересмотрена (это сделали немецкий ученый Виктор Гольдшмидт и величайший химик XX века американец Лайнус Полинг), именно это исследование заложило основы новой науки – кристаллохимии.

В конце 20-х годов в университете Манчестера У.Л. Брэгг и его ученики выполнили цикл классических работ по определению структуры силикатов. Исследование этих структур стало триумфом рентгеноструктурного анализа и кристаллохимии. Силикаты – один из важнейших классов неорганических химических соединений. Они составляют основу Земной коры, они широко используются в технике. Естественно, многие химики пытались разобраться в структурах силикатов, но все без исключения теории строения этих веществ оказались ошибочными. Развитая У.Л.Брэггом концепция, согласно которой разнообразие силикатов определяется различием способов сочленения тетраэдров SiO₄ (и тетраэдров АlO₄ в случае алюмосиликатов), и поныне составляет основу этой обширной области химии и геохимии.

Создание рентгеноструктурного анализа и развитие кристаллохимии силикатов к середине 30-х годов принесли У.Л. Брэггу всемирную славу; он стал бесспорным лидером кристаллографов и кристаллохимиков всего мира, и когда в 1948 г. по его инициативе был создан Международный союз кристаллографов, и поныне остающийся одним из крупнейших научных сообществ, У.Л. Брэгг стал его первым президентом.

Но впереди у него еще был долгий путь, длинная цепь успехов, завоеванных ярким талантом и самоотверженным трудом. В 1938-53 гг., возглавляя знаменитую Кавендишевскую лабораторию, он осуществил многочисленные исследования по кристаллохимии металлов и сплавов, а затем, переехав из Кембриджа в Лондон, принял участие в работах по изучению структуры белков, явившихся одной из самых ярких страниц истории естествознания.

Диапазон научных интересов и достижений этого уникального человека поистине поражает. Силикаты, металлы, белки ... И в каждом из столь различных классов химических веществ – весомые, основополагающие структурные данные. Точное знание структуры – знаменательная черта современной химии, и следовательно, Уильяма Лоренса Брэгга можно по праву причислить к числу ее творцов. К тому же он был одним из основоположников кристаллохимии – науки о строении вещества, базирующейся на результатах рентгеноструктурного анализа.

А между тем, ни в одной из своих работ У.Л. Брэгг не употребил термина "кристаллохимия". Он не считал себя химиком. Напротив – часто подчеркивал свою принадлежность к славной когорте физиков XX века. Разумеется, он имел для этого основания. Нобелевская премия по физике ознаменовала создание одного из самых мощных физических методов изучения вещества. Однако химичны по своей сути результаты, получаемые с помощью этого метода – такие, как постройки из тетраэдров SiO₄ в силикатах (см. рисунок), плотнейшие шаровые упаковки в металлах, частично неупорядоченная структура сплавов и их трансформация в интерметаллические химические соединения и, наконец, фантастически сложное строение белков (У.Л.Брэгг одним из первых описал его в своей знаменитой статье "Молекулы-гиганты"). Невозможно представить себе современную химию без этих сведений.

Согласимся с У-Л.Брэггом – конечно, он физик, как и его отец. Но и химик тоже – великий химик.

У.Л.Брэгг был блестящим педагогом, талантливым популяризатором науки, занимался проблемой организации научных исследований. В одной из статей, посвященных этой проблеме, он отмечал, что ученых можно подразделить на четыре типа: мыслителей – тех, "кто находит новый взгляд на явление" (Ньютон, Бор и др.), первооткрывателей, обнаруживших не известное ранее явление, но "редко идущих к новым достижениям" (например, Рентген), охотников – "чующих истину" (Фарадей, Резерфорд и др.), и конструкторов – создающих аппаратуру, которая открывает совершенно новый путь научного исследования (например, Вильсон).

Брэгг говорил о физиках, но аналогичная типология приложима и к химикам, и к другим естествоиспытателям. Затруднительно, однако, сколько-нибудь уверенно отнести к одному из этих типов самого Брэгга-младшего. Он отличился и как мыслитель, и как первооткрыватель, и как охотник. Он не претендовал, пожалуй, лишь на лавры конструктора. В этом отношении он не захотел конкурировать со своим отцом – создателем рентгеновского дифрактометра.