Lawrence Bragg Kimdir?

Tanım

Lawrence Bragg sıvılardaki atomların konumlarını nasıl görebileceğimizi buldu. Buluşu, kimya, biyoloji ve mineraloji alanlarına muazzam bir etki bıraktı.

Bragg, bir kristalden geçen X-ray ışınlarının, kristalin atomik yapısının çıkarılmasına olanak tanıyan bilgileri nasıl topladığını gösterdi. X-ray ışın verileri, bilim insanlarının atomların katılarda nasıl düzenlendiğine dair 3B modeller oluşturmasını sağlıyor.

Bragg’ın buluşu, 20.yy biliminde tartışmasız en önemli deneysel buluştu. Bu işi ile, Nobel ödülü kazanan en genç bilim insanı oldu.

Sonrasında, Cambridge Üniversitesi Cavendish Laboratuvarı’ nda yönetici olarak, DNA’nın çift sarmal yapısının keşfedilmesine yol açan proteinler üzerine bir X-ışını araştırma programı başlattı.

Hayat Başlangıcı

William Lawrence Bragg, 31 Mart 1890 yılında, Güney Avustralya İngiliz Kolonisinin başkenti olan Adelaide’de doğdu. Babası William Henry Bragg, Adelaide Üniversitesi’nde Matematik ve Fizik Profesörü idi. Annesi Gwendoline Todd, başarılı bir suluboya sanatçısıydı.

Lawrence, ailenin üç çocuğundan ilki idi. Aile onu beş yaşında iken bir manastır okuluna yazdırdılar. Okul günlerinde oraya gidip evinden refakatsiz dönerdi.

X-RAY Işınlarına Erken Bakış

Almanya’nın Würzburg kentinde 1895’ in sonlarında, Wilhelelm Röntgen, yeni bir olgu olan X-ray ışınları ile karşılaştı. Ocak 1896’da popüler basında bu keşfin haberleri yayılmaya başladı. Bilim adamlarının katı nesneleri görme yeteneği, okuyucuları hem heyecanlandırdı hem de dehşete düşürdü.

Röntgen’in açıklamasından kısa bir süre sonra, altı yaşındaki Lawrence, gizemli ışınlarla ilk karşılaşmasını yaşadı. Bu, 19 yıl sonra kendisine Nobel Fizik Ödülü’nü kazandıracak ışınların aynısıydı.

Lawrence’nin babası, Röntgen’in çalışmalarından büyülenmiş ve kendi X-ray ışınları ekipmanını yaptı. Bunu da Avustralya’nın ilk röntgen fotoğraflarını çekmek için kullandı. Babası, ekipmanı yaptıktan kısa bir süre sonra, Lawrence üç tekerlekli bisikletinden düşerek dirseğini kırdı. Babası, oğlunun tedavisi için doktorlara yardım amaçlı, kırık dirseğin bir röntgen fotoğrafını çekti; bu da Avustralya’ da çekilen ilk tıbbi röntgenlerden biriydi.

İngilitere’de Bir Yıl

Adelaide Üniversitesi’nde 12 yıldan fazla bir süre çalıştıktan sonra, Lawrence’ın babası memleketi İngilitere’ye dönmek için bir yıl izin aldı. Orada, ailesini Avustralyalı karısı ve çocukları ile tanıştırmak ve çalışmalarını eski arkadaşlarıyla tartışmak istedi.

O günlerde hiç uçuş yoktu, bu yüzden uzun bir deniz seyahati ile gittiler.

Lawrence ailesi ile birlikte Britanya çevresine gitti, ülkeyi gezdiler ve ilk kez akrabalarıyla görüştüler.

Adelaide Okulları ve Üniversiteleri 

Adelaide’ye geri döndüklerinde, Lawrence 9 yaşında iken, Queens Okulu’na kayıt oldu. Okulun sıkı bir müfredatı vardı. Lawrence akademik alanda, özellikle matematik, fizik ve kimya alanlarında başarılı idi.

1901 yılında, 11 yaşına gelmeden hemen önce, Adelaide, St Peter’s Lisesi’ne başladı. Okul, başlıca İngilizce, Fransızca, Latince ve Yunan edebiyatının klasik müfredatını takip ediyordu. Lawrence aynı zamanda Matematik ve Kimya alanlarına da çalışıyordu. Şaşırtıcı bir şekilde, ileride ona Nobel Ödülü kazandıran Fizik alanı okul müfredatında bulunmuyordu.

Lawrence, özellikle Matematik ve Kimya alanlarında diğer öğrencilere kıyasla çok ilerdeydi ve hızlı bir şekilde son sınıfa geçti. Liseyi 15 yaşında tamamladı.

1906’ların başında, Adelaide Üniversitesi’ nde Matematik, Fizik ve Kimya çalışmaya başladı. 18 yaşında iken, Matematik alanında lisans derecesini şeref öğrencisi olarak tamamlayıp mezun oldu.

Olağanüstü akademik başarılarına rağmen, lise ve üniversite zamanları Lawrence için mutsuz geçmişti. Öğrenci arkadaşlarından çok küçüktü ve kendini her zaman yabancı gibi hissediyordu. Hayatının geri kalanında, sık sık kendi şirketini başkalarına tercih eden, içine kapanık, özel bir adam olacaktı.

Cambridge, Trinity Koleji

1909’da 19 yaşında iken, Bragg Cambridge Üniversitesi’ nde Matematik derecesinde çalışmaya başladı. Aslında, babası Leeds Üniversitesi’ nde Cavendish Fizik Mevkii’sine atandığı için tüm ailesi İngiltere’ye taşınmıştı.

Bragg, yavaş yavaş Cambridge’de arkadaşlık kurmaya başlamıştı. Hayatında ilk defa akrabalar arasında olduğunu farketti. Babasını dinledi ve Matematik yerine Fizik okumaya karar verdi.

1911 yılında, 21 yaşında iken, Lawrence Fizik bölümünden birinci onur derecesi ile mezun oldu.

Bilim Alanına Katkıları

Derecesini tamamladıktan sonra, J.J. Thomson’ın Cambridge’ deki laboratuvarında yüksek lisans yapmaya başladı.

1912’ de yalnızca 22 yaşında iken, Bragg’in X-ray kırınımı yasası olarak bilinen çok önemli bir keşif yaptı.

Aynı yılın başlarında, Münih’teki Max von Laue, X-ray ışınlarının kristaller tarafından kırılabileceğini ve bu nedenle dalga olduklarını keşfetmiş, bu keşif için de 1914 Nobel Fizik Ödülü’ne sahip olacak. Laue’nin çalışmasından önce, Lawrence Bragg’in babası dahil birçok bilim insanı, X-ray ışınlarının parçacıklar olduğuna ve kırılamayacağına inanıyordu.

Kırınım, X-ray ışını gibi bir dalga, bir engel veya boşlukla karşılaştığından ortaya çıkar. Dalga, engelin veya boşluğun köşelerinde bükülür. Kırınım, özellikle engelin boyutu ve dalganın dalga boyu benzerse fark edilir. Laue’nun çalışmasında, kristaldeki atomlar, X-ray ışınlarının dalga boylarına benzer aralıklar vardır.

Bir dalga, aralık eğer dalganın boyuna benzer engellerle karşılaşırsa, bir girişim modeli üretebilir. Girişim modelleri, kırınım dalgalarının birbirini güçlendirdiği ve birbirlerini iptal ettikleri diğer alanları içerir. Destek, yapıcı girişim olarak adlandırılır. İptal ise, yıkıcı girişim olarak adlandırılır.

Yukarıdaki resimde, girişim modelini analiz ederek A ve B arasında doğru boşluğu anlamak mümkündür.

Lawrence Bragg, Laue’nin X-ray ışını kırınım kağıdını inceledi. Hala genç bir yüksek lisans öğrencisi olsa da, Laue’nin hem X-ray ışınlarının özelliklerini hem de atomların kristallerdeki muhtemel düzenini yanlış anladığını cesurca sonuçlandırdı.

Analizi, çarpıcı bir şekilde ustalıkla basitleştiren Bragg, Laue’nin kırınım fotoğrafının kristal içindeki düz atom tabakalarından gelen yansımaların girişim deseni olduğunu keşfetti. Bu keşif, Cambridge’deki River Cam (İngiltere’ nin doğusunda bir nehir) kıyılarında yalnız başına yürürken aklına gelmiştir. Kristalde, farklı derinliklerde atom tabakalarından yansıyan dalgalar, kırınım modeline yol açarak birbirleri ile etkileşirler.

Bragg Yasası:

nλ = 2dsinθ

Laue’nin fotoğrafındaki karanlık noktalar, yapıcı girişimin nerede gerçekleştiğini gösterir. Bragg, bunun, d mesafesinin X-ray ışınlarının dalga boyunun bir tamsayı katı n’ye eşit olduğu zaman olduğu sonucuna varmıştır.

Bragg, artık kristallerdeki atomlar arasındaki tam mesafeyi d’yi bulmak için bir yönteme sahipti. Bir kristalin farklı konumlardan X-ray ışın kırınım fotoğraflarını çekmek, kristalin tam yapısının bulunmasını sağlar.

Bu, bilim tarihindeki en önemli buluştu. Bilim insanları ilk kez bir maddenin atom ölçeğinde nasıl göründüğünü potansiyel olarak görebiliyor ve bu da onların maddenin atomik yapısının 3 boyutlu modellerini oluşturmalarına olanak tanıyordu.

Bragg’in babası, oğlunun işinden oldukça etkilenmişti ve kristal yapıların ilk tespitini yapmak için oğlunun Leeds’te katıldığı deneylere başladı.

Ancak, kristal analizinin bu geçici başlangıcı, babamın Leeds’ teki X-ray ışını spektometresini geliştirmesiyle kısa süre sonra tamamen yerini aldı… babam, X-ray ışını tüplerini ve iyonizasyon odalarını kullanmakta üstündü. O zamanlar röntgen tüplerinin ne kadar kaba olduğunu bugünlerde anlamak zor.

Bragg’in öncü çalışmasından bir asırdan fazla bir süre sonra, bugünlerde bile, X-ray ışını kristalografisi daha karışık ekipman ve hesaplama yöntemlerine rağmen, katı malzemelerin atomik yapısını belirlemek için hala büyük bir farkla tercih edilen bir yöntemdir.

X-ışını spektometresi, yeni bir dünyanın kapılarını açtı. Kristal yapıyı analiz etmek için kullandığım Laue fotoğraflarından çok daha güçlü bir yöntem olduğunu kanıtladı. Bir kristalin çeşitli yüzleri art arda incelenebilir ve bunların X-ray ışınlarını yansıttıkları açılar ve yoğunlukları not edilerek, atomların bu yüzlere paralel tabakalar halinde nasıl düzenlendiği anlaşılabilir. Bu tabakaların kesişimleri, atomların uzaydaki konumlarını sabitlemiştir.

Rekor Kıran Nobel Ödülü 

Bragg’ ler -kendisi ve babası- çalışmaları nedeniyle 1915 Nobel Fizik Ödülü’nü paylaştılar. Lawrence Bragg, bilim ödülünün şimdiye kadarki en genç kazananı olmaya devam ediyor. (25 yaşında yapılacak çalışmaları 22 yaşında yaptı.)

Savaş ve Trajedi 

Lawrence, I. Dünya Savaşı’nda İngiliz Ordusunda göre yaptı ve kahramanlık için Askeri Haç kazandı. Savaş sırasında, düşman topçuların yerini ses menzili ile keşfetmek için saha araştırması yaptı.

Aynı savaşta Henry Moseley’in ölümünden kısa bir süre sonra, Lawrence’ in küçük kardeşi Robert, 1915 yılında Gallipoli’ de öldürüldü.

 Cambridge’de Fizik Başkanlığı ve Şövalyelik

1938’de, Lawrence Bragg, yakın zamanda ölen Ernest Rutherford yerine Cambridge’deki Cavendish Fizik Başkanlığı’na geçti.

Bragg’in bu görevdeki ilk yıllarında, II. Dünya Savaşı laboratuvarının normal düzeni bozuldu.

1941’de Kral VI. George tarafından şövalye ilan edilen Sir Lawrence Bragg oldu.

Savaş sona erdiğinde, Bragg, X-ray ışını kristalografisini Cavendish laboratuvarının önceliklerinden biri haline getirdi ve 1948’de protein yapısı üzerine büyük bir çalışmaya başladı.

Nobel Ödüllerinde Çığ

Bugüne kadar, aşağıda belirtilenler dahil, X-ray ışın kristalografisine dayanan çalışmalar için 20’ den fazla Nobel Ödülü verildi:

• 1962 tıp ödülü, Francis Crick, James Watson ve Maurice Wilkins tarafından DNA’ nın çift sarmal olduğu keşfi için paylaşıldı. (Crick ve Watson, keşiflerini yaptıklarında Bragg’ in Cavendish Laboratuvarı’ nda çalışıyorlardı ve yapının ilk halka duyurusunu yapan Bragg oldu.)
• 1969 kimya ödülü, penisilin ve b12 vitamini yapılarının keşfi ile Dorothy Hodgkin’ in oldu. Bragg, Hodgkin’ in keşfinin önemini ‘’ses bariyerini kırma’’ya benzetti.

Bragg’den öğrendiğim şudur ki, sorunun özünü kavra ve sonra bir şeye sahip olduğunda, onunla devam et.

Kraliyet Enstitüsü

1954 yılında, Bragg 64 yaşında iken, Londra’da müdürü olduğu Kraliyet Enstitüsü ve yine müdürü olduğu Davy-Faraday Araştırma Laboratuvarını bıraktı. 1966’da 76 yaşında emekli oldu.

Bazı Kişisel Detaylar ve Son

Lawrence Bragg’ın bilimsel ilgi alanları fizikle kalmadı. Aynı zamanda, doğal yaşama hayatı boyunca bitmeyen bir tutkusu vardı.

Gençliğinde, Güney Avustralya sahillerinden topladığı deniz kabuklarının koleksiyonu vardı, bu dikkate değer bir koleksiyondu. 16 yaşında üniversitede matematik çalışırken, boş zamanlarında yine deniz kabuğu koleksiyonuna devam etti, anlayamadığı bir mürekkepbalığı buldu. Bu bilinmedik bir şeydi, bu yüzden yumuşakça kabuklar konusunda uzman Dr. Joseph Verco’ya götürdü. Böylece Bragg’in yeni bir mürekkepbalığı türünü keşfettiği ortaya çıktı. Verco, genç kaşifin onuruna ‘’Sepia braggi’’ adını verdi.

1921’de, 31 yaşında iken, 22 yaşındaki Alice Hopkinson ile evlendi. İki erkek iki kız olmak üzere dört çocukları oldu.

Londra’da fizik profesörü olarak çalışırken, gizlice yarı zamanlı olarak bahçıvanlık yaptı çünkü bahçe ile uğraşmaktan oldukça keyif alıyordu.

William Lawrence Bragg, 1 Temmuz 1970’ de Ipswich, İngiltere’de öldü. Cambridge, Trinity Kolejinin kilisesine gömüldü.

Kaynak: https://www.famousscientists.org/lawrence-bragg/

Görsel Kaynak: https://twitter.com/phys_tech/status/1013883503652556800

Editör: Meryem Melisa KAR