最年轻诺奖得主布拉格：生命中最美好的不仅是科研

他出身于书香家庭，25岁时就与父亲共同获得诺贝尔物理学奖，其后又间接促成DNA双螺旋结构的发现。在学术之外，他热爱绘画，作品几乎达到专业水准。他，就是劳伦斯?布拉格，一位才华横溢的传奇学者。

撰文 | 赵亚杰

编辑 | 李研 金庄维

1915年，年仅25岁的劳伦斯?布拉格凭借用X射线研究晶体内原子和分子结构的贡献，与父亲亨利?布拉格共同获得诺贝尔物理学奖。他是目前最年轻的诺贝尔自然科学奖得主。

凡是熟悉晶体学的人，一定不会对“布拉格”这个名词感到陌生。布拉格方程看似形式简单，却为研究晶体结构提供了一种强有力的工具，对后来的DNA发现以及生物蛋白质结构探索都产生了深远的影响。

通过下面这篇短文，让我们一起来认识才华横溢的威廉?劳伦斯?布拉格。

家庭熏陶

威廉?劳伦斯?布拉格（William Lawrence Bragg）于1890年3月31日出生于澳大利亚阿德莱德一个书香家庭，其外公是曾任澳大利亚邮政部长的Charles Todd，主持铺设了穿越澳洲的第一条电报线。而父亲威廉?亨利?布拉格（William Henry Bragg）更是当时有名气的物理学家，从小就给小布拉格讲“原子的故事“。

在小布拉格五岁的时候，他有一次从自行车上摔了下来弄伤了他的胳膊。他的父亲在当时刚刚读到伦琴有关X射线实验的论文，于是老布拉格用新发现的X射线检查了小布拉格的胳膊。这也是澳大利亚有记录的第一次把X射线应用于医疗的案例。

在家庭的熏陶下，劳伦斯?布拉格传承了长辈对科学的热情，他在阿德莱德大学学习数学并于1908年获得了一等荣誉学位。

最年轻诺奖得主

1909年，劳伦斯?布拉格随父亲前往英国，并作为艾伦学者（Allen Scholar）进入剑桥大学三一学院学习。1912年，他在剑桥大学的自然科学荣誉学位测试（ Natural Science Tripos）中再次获得一等荣誉学位。

就在这一年，马克斯?冯?劳厄（Max von Laue，1914年诺贝尔物理学奖得主）发现X射线通过晶体会产生衍射图案，但他没能对图案的排布给出准确的解释。

这一现象立即引发了劳伦斯父子的重视。当时在利兹大学任教的老布拉格相信，X射线是本质是粒子。因此，他和小布拉格一开始试图采用粒子传播的方式来解释衍射图案。但小布拉格慢慢发现，利用波的行为才能获得正确的解释。

1912年11月11日，约瑟夫·约翰·汤姆森（J.J. Thomson，英国物理学家，1906年诺贝尔奖得主）向剑桥哲学学会（Cambridge Philosophical Society）展示了小布拉格的论文The Diffraction of Short Electromagnetic Waves by Crystals。这是小布拉格在X射线衍射方向上的第一篇论文，其中便出现了布拉格方程的雏形。

著名的布拉格方程描述了 X 射线在晶体中的衍射规律——X射线的波长（λ）、入射角（θ）以及晶面间距（d）之间的基本关系，是晶体衍射的理论基础。根据这个方程，人们便可以利用已知波长的X射线去照射未知结构的晶体，通过衍射图样来揭示晶体的结构；或者利用结构已知的晶体来反射X射线，以求得X射线的波长。

（图源：wikipedia）

1912年12月5日，小布拉格在Nature上发表了关于这次会议的简短报告（The Specular Reflection of X-rays）。而正式的论文于1913年2月发表在《剑桥哲学学会学报》（Proceedings of the Cambridge Philosophical Society）。

此后不久，老布拉格便意识到了小布拉格看法的重要性，而小布拉格注意到了父亲发明的X射线分光仪的重要性。这种分光仪可以用来分析不同类型的晶体。于是，布拉格父子在这一新领域展开了合作。

1912年到1914年间，小布拉格与父亲经过两年多的共同研究，了解了多种物质的晶体结构，并且发表多篇论文。他们在1915年初整理出版了X-rays and Crystal Structure，并因此获得诺奖。

这是历史上唯一一个父子组队获诺奖的例子。当时，劳伦斯?布拉格年仅25岁，是自然科学类诺贝尔奖最年轻的得主。这一记录一直保持至今。

兴趣转变

1938年，劳伦斯?布拉格成为剑桥大学卡文迪许教授，开启了他作为卡文迪许实验室主任的十五年生涯。在这十五年间，他的研究兴趣发生了转变。

在布拉格方程诞生后，人们的研究兴趣一度集中于应用于X射线衍射探究无机晶体和金属的结构，例如通过布拉格定律的计算确定了氯化钠、硫化锌和金刚石的分子结构。然而，劳伦斯?布拉格随后敏锐的察觉到X射线衍射对探索生物分子结构的重要性，并在1947年劝说英国医学研究委员会支持他认为的一个“勇敢尝试”，即对于蛋白质结构的研究。

他还为此成立了分子生物学实验室（MRC Laboratory of Molecular Biology），并在这一实验室中曾孕育出了从多诺奖级成果。有超过二十位诺奖获得者曾是这里的研究人员或是在此访问进而启发了其日后的工作，而这之中最为重大的的发现即是DNA双螺旋结构。

在他的支持下，弗朗西斯?克里克以及詹姆斯?沃森得以在此进行DNA双螺旋结构的研究。而对于DNA的发现，他也做出了间接的贡献。詹姆斯?沃森坦承：“（布拉格）四十年前发明的利用X射线的方法是之后探究生物本质的那些深刻洞见的核心。”在DNA双螺旋结构的论文尚未被媒体报道之时，在1953年4月8日在比利时举办的索尔维会议上，布拉格就宣布了这一震惊世界的发现。

1960年，他提名詹姆斯?沃森、弗朗西斯?克里克以及莫里斯?威尔金斯作为诺贝尔化学奖的候选人。两年后，他们两人果然获得了诺贝尔生理学或医学奖。

1965年，在劳伦斯?布拉格获诺奖第五十年后，他受邀于诺贝尔奖颁奖典礼上发表演讲，这次演讲也是历史上第一次“诺贝尔讲座（Nobel Guest Lecture）”。在演讲中，他回顾了布拉格定律的发现和应用，特别是获得诺奖之后五十年里其研究兴趣的转变。

爱好广泛

除了研究物理学，劳伦斯?布拉格还有广泛的兴趣爱好。

劳伦斯?布拉格的母亲是一位澳洲出生的艺术家。幼年时，母亲曾教过他一些关于绘画素描的基本技巧。然而，这位母亲可能当时也意想不到，对绘画的热爱伴随了劳伦斯?布拉格的一生。他的美术水平，特别是他栩栩如生的肖像画作品，几乎已经达到了专业水准。

劳伦斯?布拉格的自画像（图源：参考资料[8]）

除此之外，他对生物学还颇有喜好，十几岁时曾十分喜欢采集贝壳。由于其敏锐的观察力与分辨力，他甚至发现了一个新的贝壳品种，还以他的名字给这种贝壳命名为Sepia braggi。

成为父亲后，他还喜欢带着女儿观鸟。他的女儿回忆说，劳伦斯?布拉格认为鸟的色彩、形状、个头固然重要，但更要注意鸟的“精气神儿”，比如鸟是如何在草地上蹦蹦跳跳、飞翔的姿态以及捕食的动作。

据他的女儿回忆，劳伦斯?布拉格热爱园艺，喜欢色彩华丽的澳洲风格，这与当时流行的英式的雅致的浅色调形成了鲜明的对比。他热爱侦探小说，沉浸在小说之中是他休息的一种方式。

劳伦斯?布拉格的广泛兴趣部分归功于他的妻子爱丽斯?格雷斯?珍妮（Alice Grace Jenny）。虽然从来都记不清DNA这几个字母的排列顺序，但她活泼且富有魅力，与丈夫个性互补。她的“言传身教”让劳伦斯?布拉格学会了如何从生活中找到乐趣。

那么，劳伦斯?布拉格是如何做到在拥有诸多爱好的同时，仍能抽出足够的时间进行科研呢？也许是因为他拒绝在行政事务上“浪费时间”。他知道生命太过短暂。

1971年7月1日，劳伦斯?布拉格逝世于英国伊普斯维奇，享年81岁。

参考资料

[1] https://zh.wikipedia.org/wiki/威廉?亨利?布拉格

[2]https://zh.wikipedia.org/wiki/威廉?劳伦斯?布拉格

[3] 《中国科学报》 (2016-02-19 第7版 ) 物理学家劳伦斯?布拉格的其他侧面

[4] https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1915/wl-bragg/biographical/

[5] https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1915/wl-bragg/facts/

[6] https://web.archive.org/web/20070721155224/

[7] http://www-outreach.phy.cam.ac.uk/camphy/physicists/bragg_prelim.htm

[8] https://www.adelaide.edu.au/library/special/stories/bragg/family/

[9] journals.iucr.org/a/issues/2013/01/00/wl0018/wl0018.pdf

[10] http://www.xtal.iqfr.csic.es/Cristalografia/archivos_10/Bragg-firstpaper-mini.pdf

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