William Henry Bragg: Der Spätzünder, der Kristalle las

Im Alter von vierzig Jahren hatte er so gut wie nichts veröffentlicht. Er hatte achtzehn Jahre auf der anderen Seite der Welt damit verbracht, australischen Studenten Mathematik und Physik beizubringen, und war mit dreiundzwanzig Jahren in diesen Beruf gekommen, obwohl er, wie er selbst zugab, sehr wenig von Physik verstand. Dann, 1904, begann er zu forschen – und innerhalb von drei Jahren war er Fellow der Royal Society, innerhalb von elf Nobelpreisträger und innerhalb von neunzehn Jahren Direktor der Royal Institution. Die Karriere von William Henry Bragg ist die stehende Widerlegung der Vorstellung, dass Physik ein Spiel für junge Leute sei.

Eine Farm in Cumberland und ein Third Wrangler

Er wurde am 2. Juli 1862 in Westward in Cumberland geboren. Seine Mutter starb, als er sieben Jahre alt war, und er wurde von einem Onkel aufgezogen. Er besuchte die Robert Smyth Academy und dann das King William's College auf der Isle of Man, bevor er an das Trinity College in Cambridge ging. 1884 wurde er Dritter Wrangler im mathematischen Tripos – der Dritte im ganzen Land bei der damals schwierigsten Prüfung Großbritanniens.

Dreiundzwanzig Jahre alt und fast keine Physik

Zwei Jahre später, im Alter von dreiundzwanzig Jahren, wurde er zum Elder Professor für Mathematik und Physik an der Universität Adelaide ernannt. Mathematik beherrschte er. Physik nicht, und ein Großteil seiner frühen australischen Jahre floss in deren Erwerb und in den Aufbau der wissenschaftlichen Einrichtungen der Universität aus dem Nichts. 1889 heiratete er Gwendoline Todd, die Tochter des Astronomen Charles Todd; sie hatten drei Kinder, Gwendolen, Lawrence und Robert. Fast zwei Jahrzehnte lang war Bragg nach den Maßstäben der physikalischen Forschung unsichtbar.

Beginn mit einundvierzig

Die Wende kam 1904, als er einundvierzig war, mit Arbeiten über die Ionisierung von Gasen und die Absorption von Alphateilchen. Es war ernsthafte Experimentalphysik der Art, die damals das Verständnis der Materie neu formte, und sie wurde schnell anerkannt: Die Wahl in die Royal Society folgte innerhalb von drei Jahren. 1909 kehrte er als Professor an die Universität Leeds nach England zurück.

Leeds und das Spektrometer

Im Jahr 1912 hatte Max von Laue gezeigt, dass ein Kristall Röntgenstrahlen in ein charakteristisches Fleckenmuster beugt – ein Ergebnis, das gleichzeitig bewies, dass sich Röntgenstrahlen wie Wellen verhalten, und demonstrierte, dass Kristalle auf einem regelmäßigen Gitter aufgebaut sind. Laue hatte das Phänomen. Was noch niemand hatte, war eine Methode.

Bragg lieferte die eine Hälfte und sein ältester Sohn die andere. Lawrence, damals ein junger Mann in Cambridge, erarbeitete die heute allgemein als Bragg-Gesetz bezeichnete Beziehung: eine Gleichung, die die Wellenlänge der Röntgenstrahlen, den Abstand zwischen den Atomebenen im Kristall und den Winkel, in dem die Strahlen reflektiert werden, miteinander verbindet. Wenn man sie umstellt, lässt sich das Argument umkehren – man misst die Winkel, kennt die Wellenlänge und berechnet, wo sich die Atome befinden.

William Henry Bragg baute das Instrument, das dies praktisch machte. Sein Röntgenspektrometer ermöglichte es, die Reflexionen von einer Kristallfläche systematisch und präzise zu messen, anstatt sie zu fotografieren und zu vermuten. Mit diesem begannen die beiden, die atomare Architektur realer Substanzen zu entschlüsseln, angefangen bei einfachen Salzen und kleinen Molekülen. Gemeinsam machten sie aus einer Kuriosität eine Technik und aus der Technik eine Wissenschaft. Der Nobelpreis für Physik von 1915 ging an beide für die Analyse der Kristallstruktur mittels Röntgenstrahlen. Lawrence war fünfundzwanzig und blieb bis 2014 der jüngste Preisträger in der Geschichte der Auszeichnung. Es ist bis heute der einzige Nobelpreis, der von einem Vater und einem Sohn für die gleiche Arbeit geteilt wurde.

1915 war kein gutes Jahr für die Familie. Robert Bragg, der jüngere Sohn, starb im September jenes Jahres in Gallipoli an seinen Wunden.

Die Royal Institution

Bragg wechselte 1915 an das University College London und 1923 als Fullerian Professor an die Royal Institution, die er und ihr Davy-Faraday-Labor für den Rest seines Lebens leitete. Er baute das RI zu einem der weltweit führenden Zentren der Kristallographie aus, und er war ein ungewöhnlich begabter Vermittler – ein wiederkehrender Redner bei den Weihnachtsvorlesungen der Royal Institution, mit Büchern über Schall und Licht für ein allgemeines Publikum. Er wurde 1920 zum Ritter geschlagen, erhielt 1916 die Rumford-Medaille, 1930 die Copley-Medaille und 1931 den Order of Merit und war von 1935 bis 1940 Präsident der Royal Society.

Warum William ein Genie genannt wird

Der ehrliche Bericht muss mit der Frage der Anerkennung beginnen, denn sie verfolgt den Namen Bragg seit einem Jahrhundert. Das Gesetz ist das von Lawrence. Sein Vater sagte das damals und schrieb an Nature, dass sein Sohn die Theorie hervorgebracht habe, die es möglich mache, die Positionen der Flecken für jede Anordnung von Kristall und Platte zu berechnen, und Lawrence sagte es am Ende seines Lebens: „Es wird manchmal gesagt, dass mein Vater und ich die Röntgenanalyse zusammen begonnen haben, aber das war tatsächlich nicht der Fall.“ Die Welt gab dem älteren, berühmteren Mann dennoch die Anerkennung – Lawrence wurde von der Solvay-Konferenz 1913, an der sein Vater teilnahm, ausgeschlossen, und Rutherfords Kommentar zu William bezüglich ihrer gemeinsam erhaltenen Barnard-Medaille 1915 lautete: „Es ist sehr früh für Ihren Jungen, diese Auszeichnungen zu erhalten.“ William selbst bemerkte, dass die Leute dazu neigten, ihm den ersten Kredit bei Gelegenheiten zu geben, bei denen sein Sohn ihn haben sollte. Lawrence fing an, seinen zweiten Vornamen zu benutzen, um der Verwirrung zu entgehen.

Der Fall für William Henry Bragg kann sich also nicht auf die Theorie stützen. Er stützt sich auf Instrumentierung und Urteilsvermögen. Das Röntgenspektrometer ist der Grund, warum Kristallographie eine Arbeitsdisziplin wurde und keine Demonstration mehr: ein Gerät, das präzise genug war, um ein Beugungsmuster in eine zuverlässige Messung umzuwandeln, entworfen von jemandem mit der seltenen Kombination aus der Mathematik eines Wranglers und den Händen eines praktischen Experimentalphysikers. Und dann ist da das Temperament – ein Mann, der sich mit dreiundzwanzig ein ganzes Fach selbst beibrachte, mit einundvierzig originäre Forschung begann und dann, auf dem Höhepunkt seines Ruhms, seine Energie öffentlich darauf verwandte, darauf zu bestehen, dass die zentrale Idee seinem Sohn gehörte. Das ist keine Brillanz im üblichen Sinne. Es ist etwas Selteneres.

Vermächtnis

Bragg starb am 12. März 1942 im Alter von neunundsiebzig Jahren in London an Herzversagen. Die Methode, die er und Lawrence begründeten, bestimmte in der Folge die Struktur der Atomanordnung in Metallen, Mineralien, Vitaminen, Proteinen und 1953 der DNA – Arbeit, die in Institutionen geleistet wurde, die die Braggs geprägt hatten, von Forschern, die Nachfahren des Spektrometers verwendeten, das er in Leeds baute. Aus der Röntgenkristallographie sind mehr Nobelpreise hervorgegangen als aus fast jeder anderen einzelnen Technik in den physikalischen Wissenschaften. Das meiste, was wir über die Form der molekularen Welt wissen, wurde mit der Methode von Kristallen abgelesen, die ein Bauernjunge aus Cumberland zu bauen begann, als er über vierzig war.