לורנס בראג

לורנס בראג

סר ויליאם לורנס בראג (31 במרץ 1890 – 1 ביולי 1971) היה פיזיקאי וקריסטלוגרף קרני רנטגן בריטי יליד אוסטרליה, שחלק באופן ייחודי פרס נובל עם אביו ויליאם הנרי בראג – פרס נובל לפיזיקה לשנת 1915 "על שירותם בניתוח מבנה גבישי באמצעות קרני רנטגן", צעד חשוב בפיתוח הקריסטלוגרפיה בקרני רנטגן.

נכון לשנת 2025, בראג הוא חתן פרס נובל הצעיר ביותר אי פעם בפיזיקה, או בכל קטגוריה מדעית, לאחר שקיבל את הפרס בגיל 25. בראג היה מנהל מעבדת קוונדיש (Cavendish Laboratory) בקיימברידג', כאשר ג'יימס ד' ווטסון (James D. Watson) ופרנסיס קריק (Francis Crick) דיווחו על גילוי מבנה ה-DNA בפברואר 1953.

השכלה

ויליאם לורנס בראג נולד ב-31 במרץ 1890 באדלייד שבאוסטרליה הדרומית, בנם של ויליאם הנרי בראג (1862–1942), שמונה לפרופסור בכיר למתמטיקה ופיזיקה באוניברסיטת אדלייד ב-1885, וגוונדולין טוד (1869–1929), בתו של צ'ארלס טוד, האסטרונום הממשלתי של אוסטרליה הדרומית.

בשנת 1900 נרשם בראג לבית הספר קווינס (Queen's School) בצפון אדלייד, ואחריו למד חמש שנים בקולג' סנט פיטר (St Peter's College) שבאדלייד. הוא הלך לאוניברסיטת אדלייד בגיל 16 כדי ללמוד מתמטיקה, כימיה ופיזיקה, וסיים את לימודיו ב-1908. באותה שנה קיבל אביו את הקתדרה לפיזיקה על שם קוונדיש באוניברסיטת לידס והביא את המשפחה לאנגליה.

בראג נרשם לאוניברסיטת קיימברידג' כסטודנט לתואר ראשון בטריניטי קולג' (Trinity College) בסתיו 1909, וקיבל מלגה משמעותית במתמטיקה, למרות שניגש לבחינה כשהוא מרותק למיטה עקב דלקת ריאות. לאחר שהצטיין בתחילה במתמטיקה, הוא עבר למסלול הפיזיקה בשנותיו המאוחרות יותר, וסיים את לימודיו ב-1912 בהצטיינות יתרה במדעי הטבע. בשנת 1914 הפך בראג לעמית ומרצה למדעי הטבע בטריניטי קולג'.

בין תחומי העניין האחרים של בראג היה איסוף צדפים; האוסף האישי שלו כלל דגימות מכ-500 מינים; כולם נאספו באופן אישי מאוסטרליה הדרומית. הוא גילה מין חדש של דיונון – Sepia braggi, שנקרא על שמו על ידי ג'וזף ורקו (Joseph Verco).

קריירה ומחקר

### קרני רנטגן ומשוואת בראג

בשנת 1912, כסטודנט מחקר בשנה הראשונה בקיימברידג', ל' ל' בראג, בעת שטייל ליד הנהר, הגיע לתובנה שגבישים העשויים משכבות אטומים מקבילות לא יגרמו לעקיפה של אלומות קרני רנטגן שפגעו בפני השטח שלהן ברוב הזוויות, מכיוון שקרני רנטגן שיוסטו כתוצאה מהתנגשויות עם אטומים יהיו מחוץ לפאזה ויבטלו זו את זו. עם זאת, כאשר אלומת קרני הרנטגן פגעה בזווית שבה המרחקים שעברה בין שכבות אטומיות בגביש היו שווים לאורך הגל של קרני הרנטגן, אזי אלו שהוסטו יהיו בפאזה ויצרו נקודה על סרט צילום סמוך. מתובנה זו הוא כתב את משוואת בראג הפשוטה שקושרת בין אורך הגל של קרני הרנטגן והמרחק בין שכבות אטומיות בגביש פשוט לבין הזוויות שבהן אלומת קרני רנטגן פוגעת תוחזר.

אביו בנה מכשיר שבו ניתן היה לסובב גביש לזוויות מדויקות תוך מדידת האנרגיה של ההחזרות. זה אפשר לאב ולבן למדוד את המרחקים בין השכבות האטומיות במספר גבישים פשוטים. הם חישבו את מרווחי האטומים ממשקל הגביש ומקבוע אבוגדרו, מה שאפשר להם למדוד את אורכי הגל של קרני הרנטגן שהופקו על ידי מטרות מתכת שונות בשפופרות קרני הרנטגן. ו' ה' בראג דיווח על תוצאותיהם בפגישות ובמאמר, תוך מתן קרדיט ל"בנו" (ללא שם) על המשוואה, אך לא כמחבר שותף, מה שגרם לבנו "צער בלב", שעליו מעולם לא התגבר.

### עבודה על מדידת קול

בראג קיבל דרגת קצונה בתחילת מלחמת העולם הראשונה בחיל התותחנים הרכוב המלכותי (Royal Horse Artillery) כסגן משנה בסוללה של לסטרשייר. בשנת 1915 הוא הושאל להנדסה המלכותית (Royal Engineers) כדי לפתח שיטה לאיתור ארטילריית אויב מהקול של הירי שלהם. ב-2 בספטמבר 1915 נהרג אחיו במהלך מערכת גליפולי. זמן קצר לאחר מכן, הוא ואביו זכו בפרס נובל לפיזיקה. הוא היה בן 25 ונותר חתן פרס המדע הצעיר ביותר. הבעיה במדידת קול הייתה שהתותחים הכבדים הרעימו בתדר נמוך מדי מכדי להתגלות על ידי מיקרופון. לאחר חודשים של כישלונות מתסכלים, הוא וצוותו פיתחו גלאי גלי אוויר בחוט להט שפתר את הבעיה. בעבודה זו הוא נעזר בצ'ארלס גלטון דרווין (Charles Galton Darwin), ויליאם סנסום טאקר (William Sansome Tucker), הרולד רופר רובינסון (Harold Roper Robinson), אדוארד אנדרדה (Edward Andrade) והנרי הרולד המינג (Henry Harold Hemming). מדידת קול בריטית הייתה יעילה מאוד; הייתה יחידה בכל הצבא הבריטי והמערכת שלהם אומצה על ידי האמריקאים כאשר נכנסו למלחמה. על עבודתו במהלך המלחמה הוענק לו הצלב הצבאי (Military Cross) והוא מונה לקצין מסדר האימפריה הבריטית (OBE). הוא גם אוזכר בדיווחים ב-16 ביוני 1916, 4 בינואר 1917 וב-7 ביולי 1919.

מדידת קול בחוט להט שימשה במלחמת העולם השנייה, במהלכה שירת כיועץ אזרחי.

בין שתי המלחמות, מ-1919 עד 1937, עבד באוניברסיטת ויקטוריה במנצ'סטר כפרופסור לפיזיקה על שם לנגוורת'. הוא הפך למנהל המעבדה הלאומית לפיזיקה (National Physical Laboratory) בטדינגטון ב-1937.

לאחר מלחמת העולם השנייה חזר בראג לקיימברידג' ופיצל את מעבדת קוונדיש לקבוצות מחקר. הוא האמין ש"יחידת המחקר האידיאלית היא של שישה עד שנים-עשר מדענים וכמה עוזרים". בתקופה זו אחת מחברות הצוות שלו שעבדה על קריסטלוגרפיה הייתה הגולה הצרפתייה אדריאן וייל (Adrienne Weill).

### אוניברסיטת מנצ'סטר

עם שחרורו חזר לקריסטלוגרפיה בקיימברידג'. הם הסכימו שהאב יחקור גבישים אורגניים והבן יחקור תרכובות אנאורגניות. ב-1919, כאשר ארנסט רתרפורד (Ernest Rutherford), ידיד ותיק של המשפחה, עבר לקיימברידג', החליף אותו לורנס בראג כפרופסור לפיזיקה על שם לנגוורת' באוניברסיטת ויקטוריה במנצ'סטר ונבחר לחברות באגודה הספרותית והפילוסופית של מנצ'סטר ב-4.11.1919. הוא גייס סגל מצוין, כולל אנשי מדידת קול לשעבר, אך הוא האמין שהידע שלו בפיזיקה חלש ואין לו ניסיון בהוראה בכיתה. הסטודנטים, רבים מהם ותיקי מלחמה, היו ביקורתיים ופרועים. הוא היה מזועזע עמוקות, אך בתמיכת משפחתו הוא התעשת וגבר על הקשיים. הוא ור' ו' ג'יימס (R. W. James) מדדו את האנרגיה המוחלטת של קרני רנטגן מוחזרות, מה שאישש נוסחה שנגזרה על ידי ס' ג' דרווין לפני המלחמה. כעת הם יכלו לקבוע את מספר האלקטרונים במטרות המחזירות, והם הצליחו לפענח את המבנים של גבישים מסובכים יותר כמו סיליקטים. זה עדיין היה קשה: דרש ניחושים חוזרים וניסיונות חוזרים. בסוף שנות ה-20 הם הקלו על הניתוח באמצעות שימוש בהתמרות פורייה על הנתונים.

בשנת 1930 הוא הפך למוטרד מאוד כאשר שקל הצעת עבודה מאימפריאל קולג' לונדון. משפחתו התגייסה לעזרתו והוא חזר לאיזון בזמן שבילו את שנת 1931 במינכן, שם עשה מחקר.

### המעבדה הלאומית לפיזיקה

הוא הפך למנהל המעבדה הלאומית לפיזיקה בטדינגטון ב-1937, כשהוא מביא איתו כמה עמיתים לעבודה. עם זאת, ניהול וועדות גזלו זמן רב מעבודתו במעבדה.

### אוניברסיטת קיימברידג'

רתרפורד מת וועדת החיפוש מינתה את לורנס בראג ליורש בתור הפרופסורים של קוונדיש שניהלו את מעבדת קוונדיש. למעבדה הייתה היסטוריה דגולה בפיזיקה אטומית וחברים מסוימים חששו ממינוי קריסטלוגרף, דבר שבראג התגבר עליו באמצעות ניהול הוגן. הוא עבד על שיפור הפירוש של דפוסי עקיפה. בקבוצת הקריסטלוגרפיה הקטנה היה סטודנט מחקר פליט ללא מנחה: מקס פרוץ (Max Perutz). הוא הראה לבראג נתוני עקיפת קרני רנטגן מהמוגלובין, שהציעו שניתן לפענח את המבנה של מולקולות ביולוגיות ענקיות. בראג מינה את פרוץ לעוזר המחקר שלו ובתוך כמה חודשים השיג תמיכה נוספת במענק מקרן רוקפלר (Rockefeller Foundation). העבודה הושעתה במהלך מלחמת העולם השנייה כאשר פרוץ נכלא כנתין אויב ואחר כך עבד במחקר צבאי.

במהלך המלחמה הציעה קוונדיש קורס תואר שני מקוצר שהדגיש את האלקטרוניקה הדרושה למכ"ם. בראג עבד על מבנה המתכות וייעץ בנושא סונאר ומדידת קול, שעבורם עדיין נעשה שימוש במיקרופון טאקר. בראג קיבל תואר אבירות והפך לסר לורנס ב-1941. לאחר שאביו מת ב-1942, שירת בראג במשך שישה חודשים כקצין קישור מדעי לקנדה. הוא גם ארגן כנסים תקופתיים על ניתוח בקרני רנטגן, שהיה בשימוש נרחב במחקר צבאי.

לאחר המלחמה הוביל בראג את הקמת האיגוד הבינלאומי לקריסטלוגרפיה (International Union of Crystallography) ונבחר לנשיאו הראשון. הוא ארגן מחדש את קוונדיש ליחידות כדי לשקף את אמונתו ש"יחידת המחקר האידיאלית היא של שישה עד שנים-עשר מדענים וכמה עוזרים, נעזרים על ידי מכונאי מכשור אחד או יותר מהשורה הראשונה וסדנה שבה ניתן לבנות את הציוד הכללי". לחברי סגל בכירים היו כעת משרדים, טלפונים ותמיכה מזכירותית. היקף המחלקה הורחב עם יחידה חדשה לאסטרונומיה ברדיו. עבודתו האישית של בראג התמקדה במבנה המתכות, תוך שימוש בקרני רנטגן ובמיקרוסקופ אלקטרונים. בשנת 1947 הוא שכנע את המועצה למחקר רפואי (MRC) לתמוך במה שתיאר כ"ניסיון האמיץ" לקבוע את מבנה החלבון כמעבדה לביולוגיה מולקולרית, שכללה בתחילה את פרוץ, ג'ון קנדרו (John Kendrew) ושני עוזרים. בראג עבד איתם ועד 1960 הם פענחו את מבנה המיוגלובין לרמה האטומית. לאחר מכן בראג היה פחות מעורב; הניתוח שלהם של המוגלובין היה קל יותר לאחר ששילבו שני אטומי כספית כסמנים בכל מולקולה. הניצחון המונומנטלי הראשון של ה-MRC היה פענוח מבנה ה-DNA על ידי ג'יימס ווטסון ופרנסיס קריק. בראג הכריז על הגילוי בוועידת סולווה (Solvay conference) על חלבונים בבלגיה ב-8 באפריל 1953, אם כי הדבר לא דווח בעיתונות. לאחר מכן נשא דברים בבית הספר לרפואה של בית החולים גאי (Guy's Hospital) בלונדון ביום חמישי, 14 במאי 1953, מה שהוביל למאמר מאת ריצ'י קלדר (Ritchie Calder) ב"ניוז כרוניקל" של לונדון ביום שישי, 15 במאי 1953, תחת הכותרת "למה אתה מי שאתה. קרוב יותר לסוד החיים". בראג הציג את מועמדותם של קריק, ווטסון ומוריס וילקינס (Maurice Wilkins) לפרס נובל לפיזיולוגיה או לרפואה לשנת 1962; חלקו של וילקינס הכיר בתרומתם של קריסטלוגרפים של קרני רנטגן בקינגס קולג' לונדון. ביניהם הייתה רוזלינד פרנקלין (Rosalind Franklin), ש"תצלום 51" שלה הראה שה-DNA הוא סליל כפול, לא הסליל המשולש שלינוס פאולינג (Linus Pauling) הציע. פרנקלין מתה לפני שהפרס (שניתן רק לאנשים חיים) הוענק.

### המוסד המלכותי

בשנת 1953 עברו בני משפחת בראג לדירה האלגנטית של הפרופסור התושב במוסד המלכותי (Royal Institution) בלונדון, התפקיד שאביו מילא כשמת. ב-1934 וב-1961 העביר לורנס את הרצאת חג המולד של המוסד המלכותי ומאז 1938 היה פרופסור לפילוסופיה של הטבע במוסד, כשהוא מעביר הרצאה שנתית. יורשיו של אביו החלישו את המוסד, לכן בראג נאלץ לבנות אותו מחדש. הוא חיזק את הכספים על ידי גיוס נותני חסות תאגידיים, הרצאות ערב שישי המסורתיות לוו בארוחת ערב לדובר ופטרונים אפשריים שנבחרו בקפידה, יותר מ-120 מהם בכל שנה. "שתיים מהרצאות אלו ב-1965 העניקו לו הנאה מיוחדת. ב-7 במאי, ליידי בראג, שהייתה חברה בוועדה המלכותית לנישואין וגירושין (1951–55) ויו"ר המועצה הלאומית לייעוץ נישואין, הרצתה על 'דפוסים משתנים בנישואין ובגירושין'; וב-15 בנובמבר, בראג הקשיב בגאווה גלויה להרצאה על 'תנודות ורעש במנועי סילון' שניתנה על ידי בנו המהנדס סטיבן, שהיה אז המדען הראשי ברולס-רויס בע"מ ומאוחר יותר הפך לסגן-קנצלר של אוניברסיטת ברונל." הוא גם הציג תוכנית של הרצאות לבתי ספר מוערכות מאוד, שהועשרו בהדגמות מורכבות שהיו סימן היכר של המוסד. הוא העביר שלוש מהרצאות אלו על "חשמל".

הוא המשיך במחקר במוסד על ידי גיוס קבוצה קטנה לעבודה במעבדת דייווי-פאראדיי (Davy-Faraday Laboratory) במרתף ובבית הסמוך, בתמיכת מענקים שהשיג. מבקר במעבדה הצליח להחדיר מתכות כבדות לאנזים ליזוזים; מבנה הגביש שלו פוצח ב-1965 במוסד המלכותי על ידי דייוויד צ'ילטון פיליפס (David Chilton Phillips) ועמיתיו, כאשר החישובים על 9,040 ההחזרות בוצעו במחשב הדיגיטלי באוניברסיטת לונדון, מה שהקל מאוד על העבודה. שניים מהאיורים של מיקום חומצות האמינו בשרשרת צוירו על ידי בראג. בניגוד למיוגלובין, שבו כמעט 80 אחוזים משאריות חומצות האמינו נמצאים בקונפורמציית אלפא-הליקס, בליזוזים תכולת האלפא-הליקס היא רק כ-40 אחוזים משאריות חומצות האמינו שנמצאו בארבעה מקטעים עיקריים. מקטעים אחרים הם של 310 הליקס, קונפורמציה שהם הציעו קודם לכן. בקונפורמציה זו, כל פפטיד שלישי קשור במימן בחזרה לפפטיד הראשון, ובכך יוצר טבעת המכילה עשרה אטומים. היה להם את המבנה המלא של אנזים בזמן ליום הולדתו ה-75 של בראג. הוא הפך לפרופסור אמריטוס ב-1966.

ניתוח קרני רנטגן של מבנה חלבון פרח בשנים שלאחר מכן, וקבע את המבנים של עשרות חלבונים במעבדות ברחבי העולם. עשרים ושמונה פרסי נובל הוענקו על עבודה תוך שימוש בניתוח קרני רנטגן. החיסרון של השיטה הוא שיש לבצע אותה על גבישים, מה שמונע לראות שינויים בצורה כאשר אנזימים נקשרים לסובסטרטים וכדומה. בעיה זו נפתרה על ידי פיתוח קו אחר שבראג יזם, שימוש במיקרוסקופי אלקטרונים מותאמים כדי להדמות מולקולות קפואות בודדות: קריו-מיקרוסקופיה אלקטרונית.

בקשר הארוך שלו עם המוסד המלכותי הוא היה:

- פרופסור לפילוסופיה של הטבע, 1938–1953

- פרופסור פולריאני לכימיה, 1954–1966

- מפקח הבית, 1954–1966

- מנהל מעבדת המחקר דייווי-פאראדיי, 1954–1966

- מנהל המוסד המלכותי, 1965–1966

חיים אישיים

בשנת 1921 נישא בראג לאליס הופקינסון (Alice Hopkinson) (1899–1989), בת דודה של ססיל הופקינסון (1891–1917), שחלק חדרים עם בראג והיה אחד מחבריו הקרובים ביותר בזמן ששניהם למדו בקיימברידג'. ססיל היה בנו של ג'ון הופקינסון שהיה דודה של אליס.

נולדו להם ארבעה ילדים, המהנדס סטיבן לורנס (1923–2014), דייוויד ויליאם (1926–2005), מרגרט אליס (1931–2022) (שנישאה לדיפלומט מארק הית'), ופיישנס מרי (1935–2020) (שנישאה לדייוויד, בנו של ג'ורג' פאג'ט תומסון (George Paget Thomson), הפיזיקאי זוכה פרס נובל). אליס הייתה בצוות בבית הספר לבנות וית'ינגטון עד שבראג מונה למנהל המעבדה הלאומית לפיזיקה ב-1937. היא הייתה פעילה במספר גופים ציבוריים וכיהנה כראש עיריית קיימברידג' מ-1945 עד 1946.

תחביביו של בראג כללו ציור – מכתבים משפחתיים היו מאוירים בסקיצות תוססות – צביעה, ספרות ועניין לכל החיים בגינון. כשעבר ללונדון, חסרה לו גינה ולכן עבד כגנן במשרה חלקית, ללא זיהוי על ידי מעסיקו, עד שאורח בבית הביע הפתעה כשראה אותו שם.

בראג מת ב-1 ביולי 1971 בבית חולים ליד ביתו בוולדרינגפילד, איפסוויץ', בגיל 81. הוא קבור בטריניטי קולג', קיימברידג'. בנו, דייוויד, קבור בבית הקברות של קהילת העלייה בקיימברידג', קברו נמצא במרחק צעדים ספורים מזה של חברו הקרוב של בראג, רודולף ססיל הופקינסון, שספג פצע ראש חמור במלחמה של 1914–19 ומת חודשים ספורים לאחר שהוחזר לנכה בבריטניה.

באוגוסט 2013, קרובו של בראג, השדרן מלווין בראג (Melvyn Bragg), הגיש תוכנית של BBC Radio 4 ("בראג על הבראגים") על זוכי פרס נובל לפיזיקה לשנת 1915.

הכרה

### פרסים

### פרסים לאומיים

### תואר אבירות

### חברויות

הנצחה

מאז 1967, המכון לפיזיקה מעניק את מדליית ופרס לורנס בראג. בנוסף, מאז 1992, המכון האוסטרלי לפיזיקה מעניק את מדליית הזהב של בראג למצוינות בפיזיקה כדי להנציח את לורנס בראג (בחזית המדליה) ואת אביו, ויליאם בראג, עבור עבודת הדוקטורט הטובה ביותר של סטודנט באוניברסיטה אוסטרלית.

מחוז הבחירה בראג, בבית האסיפה של אוסטרליה הדרומית, נוצר בשנת 1970, ונקרא על שם ויליאם ולורנס בראג.