لورانس براغ

في عام ١٩١٢، وبينما كان دبليو إل براغ طالبًا في السنة الأولى من دراسته الجامعية في كامبريدج، وبينما كان يتنزه على ضفاف النهر، خطرت له فكرة مفادها أن البلورات المصنوعة من طبقات متوازية من الذرات لا تُحيد أشعة إكس التي تصطدم بسطحها بزوايا متعددة، لأن أشعة إكس المنحرفة نتيجة اصطدامها بالذرات تكون خارج الطور، فتلغي بعضها بعضًا. لكن عندما تصطدم أشعة إكس بزاوية يكون فيها طول الموجة بين الطبقات الذرية في البلورة مساويًا لطول موجة أشعة إكس، فإن الأشعة المنحرفة تكون متوافقة في الطور وتُكوّن بقعة على فيلم مجاور. انطلاقًا من هذه الفكرة، كتب براغ معادلة براغ البسيطة التي تربط طول موجة أشعة إكس والمسافة بين الطبقات الذرية في بلورة بسيطة بالزوايا التي تنعكس عندها أشعة إكس الساقطة.

بنى والده جهازًا يسمح بتدوير البلورة بزوايا دقيقة مع قياس طاقة الانعكاسات. مكّن هذا الأب والابن من قياس المسافات بين الطبقات الذرية في عدد من البلورات البسيطة. وقد حسبا تباعد الذرات من وزن البلورة وثابت أفوجادرو ، مما مكّنهما من قياس أطوال موجات الأشعة السينية الناتجة عن أهداف معدنية مختلفة في أنابيب الأشعة السينية. نشر دبليو إتش براغ نتائجهم في اجتماعات وفي ورقة بحثية، ونسب الفضل في المعادلة إلى "ابنه" (دون ذكر اسمه)، ولكن ليس كمؤلف مشارك، الأمر الذي سبب لابنه "بعض الحزن" الذي لم يتجاوزه أبدًا. ^{[ 12 ]}

تم تعيين براغ في بداية الحرب العالمية الأولى في سلاح المدفعية الملكية الخيالة برتبة ملازم ثانٍ في بطارية ليسترشاير . ^{[ 13 ]} وفي عام 1915، أُعير إلى سلاح المهندسين الملكي لتطوير طريقة لتحديد موقع مدفعية العدو من خلال دويّ إطلاقها. ^{[ 14 ] [ 15 ]} وفي 2 سبتمبر 1915، قُتل شقيقه خلال حملة غاليبولي . ^{[ 16 ]} وبعد ذلك بوقت قصير، مُنح هو ووالده جائزة نوبل في الفيزياء. كان عمره آنذاك 25 عامًا، ولا يزال أصغر الحائزين على جائزة نوبل في العلوم. تمثلت مشكلة تحديد المدى بالصوت في أن دويّ المدافع الثقيلة كان منخفضًا جدًا بحيث لا يمكن للميكروفون رصده. وبعد أشهر من المحاولات الفاشلة، ابتكر هو وفريقه كاشفًا لموجات الهواء باستخدام سلك ساخن، مما حل المشكلة. وقد ساعده في هذا العمل كل من تشارلز غالتون داروين ، وويليام سانسوم تاكر ، وهارولد روبر روبنسون ، وإدوارد أندرادي ^{[ 17 ]} ، وهنري هارولد هيمينغ. كان نظام تحديد المدى الصوتي البريطاني فعالاً للغاية؛ إذ كانت هناك وحدة منه في كل جيش بريطاني، وقد اعتمد الأمريكيون نظامهم عند دخولهم الحرب. تقديراً لجهوده خلال الحرب، مُنح وسام الصليب العسكري ^{[ 18 ]} وعُيّن ضابطاً في رتبة الإمبراطورية البريطانية (OBE). ^{[ 19 ]} كما ذُكر اسمه في التقارير الرسمية بتاريخ 16 يونيو 1916، و4 يناير 1917، و7 يوليو 1919. ^{[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]}

استُخدمت تقنية تحديد المدى الصوتي بالأسلاك الساخنة في الحرب العالمية الثانية التي عمل خلالها كمستشار مدني. ^{[ 23 ]}

بين الحربين العالميتين، من عام 1919 إلى عام 1937، عمل في جامعة فيكتوريا بمانشستر أستاذاً للفيزياء يحمل اسم لانغورثي . وأصبح مديراً للمختبر الفيزيائي الوطني في تيدينغتون عام 1937. ^{[ 24 ]}

بعد الحرب العالمية الثانية، عاد براغ إلى كامبريدج، وقام بتقسيم مختبر كافنديش إلى مجموعات بحثية. وكان يعتقد أن "وحدة البحث المثالية تتكون من ستة إلى اثني عشر عالماً وعدد قليل من المساعدين".

بعد تسريحه من الخدمة العسكرية، عاد إلى دراسة علم البلورات في كامبريدج. كان الأب قد اتفق مع ابنه على أن يدرس البلورات العضوية، بينما يبحث الابن في المركبات غير العضوية. ^{[ 25 ] [ 5 ]} في عام 1919، عندما انتقل إرنست رذرفورد ، صديق العائلة المقرب، إلى كامبريدج، حلّ لورانس براغ محله كأستاذ لانغورثي للفيزياء في جامعة فيكتوريا بمانشستر ، وانتُخب عضوًا في جمعية مانشستر الأدبية والفلسفية في 4 نوفمبر 1919. استقطب براغ هيئة تدريس ممتازة، من بينهم حراس سابقون في مجال الصوت، لكنه كان يعتقد أن معرفته بالفيزياء ضعيفة، ولم تكن لديه خبرة في التدريس. كان الطلاب، وكثير منهم من المحاربين القدامى، ناقدين ومشاغبين. شعر براغ بصدمة كبيرة، لكنه استجمع قواه بدعم من عائلته وتجاوز الأمر. قام هو و ر. و. جيمس بقياس الطاقة المطلقة للأشعة السينية المنعكسة، مما أكد صحة معادلة استنتجها سي. جي. داروين قبل الحرب. ^{[ 26 ]} أصبح بإمكانهم الآن تحديد عدد الإلكترونات في الأهداف العاكسة، وتمكنوا من فك شفرة بنى البلورات الأكثر تعقيدًا مثل السيليكات. مع ذلك، ظل الأمر صعبًا، إذ تطلب تخمينات متكررة ومحاولات متكررة. في أواخر عشرينيات القرن العشرين، سهّلوا عملية التحليل باستخدام تحويلات فورييه على البيانات.

في عام 1930، شعر باضطراب شديد أثناء تفكيره في عرض عمل من إمبريال كوليدج لندن . تضامنت عائلته معه، واستعاد توازنه خلال عام 1931 الذي قضوه في ميونيخ، حيث أجرى أبحاثه.

أصبح مديرًا للمختبر الفيزيائي الوطني في تيدينغتون عام 1937، ^{[ 24 ]} واصطحب معه بعض زملائه. ومع ذلك، فقد استهلكت الأعمال الإدارية واللجان الكثير من وقته بعيدًا عن طاولة العمل.

بعد وفاة رذرفورد، اختارت لجنة البحث لورانس براغ خلفًا لأساتذة كافنديش الذين يديرون مختبر كافنديش . كان للمختبر تاريخ عريق في الفيزياء الذرية، وكان بعض الأعضاء متخوفين من عالم بلورات، إلا أن براغ تغلب على هذا التخوف بإدارة عادلة ومنصفة. عمل براغ على تحسين تفسير أنماط حيود الأشعة السينية. كان من بين أعضاء فريق علم البلورات الصغير طالب باحث لاجئ بلا مرشد: ماكس بيروتز . عرض بيروتز على براغ بيانات حيود الأشعة السينية من الهيموجلوبين ، مما أوحى بإمكانية فك شفرة بنية الجزيئات البيولوجية العملاقة. عيّن براغ بيروتز مساعدًا له في البحث، وفي غضون أشهر قليلة حصل على دعم إضافي بمنحة من مؤسسة روكفلر . توقف العمل خلال الحرب العالمية الثانية عندما تم اعتقال بيروتز باعتباره أجنبيًا معاديًا ، ثم عمل في مجال البحوث العسكرية.

خلال الحرب، قدم معهد كافنديش دورة دراسات عليا مختصرة ركزت على الإلكترونيات اللازمة للرادار . عمل براغ على بنية المعادن وقدم استشارات في مجال السونار وتحديد المدى الصوتي، حيث كان ميكروفون تاكر لا يزال يُستخدم. مُنح براغ لقب فارس وأصبح السير لورانس عام ١٩٤١. بعد وفاة والده عام ١٩٤٢، عمل براغ لمدة ستة أشهر كضابط اتصال علمي مع كندا. كما نظم مؤتمرات دورية حول تحليل الأشعة السينية، الذي استُخدم على نطاق واسع في البحوث العسكرية .

بعد الحرب، قاد براغ تأسيس الاتحاد الدولي لعلم البلورات وانتُخب أول رئيس له. أعاد تنظيم مختبر كافنديش إلى وحدات تعكس قناعته بأن "وحدة البحث المثالية هي تلك التي تضم من ستة إلى اثني عشر عالمًا وعددًا قليلًا من المساعدين، بمساعدة فني أو أكثر من فنيي الأجهزة المتميزين وورشة عمل يمكن فيها بناء مجموعة واسعة من الأجهزة". ^{[ 27 ]} أصبح لكبار الموظفين مكاتب وهواتف ودعم سكرتاري. توسع نطاق القسم بإضافة وحدة جديدة لعلم الفلك الراديوي. ركز عمل براغ على بنية المعادن، مستخدمًا الأشعة السينية والمجهر الإلكتروني . في عام 1947، أقنع مجلس البحوث الطبية بدعم ما وصفه بـ"المحاولة الجريئة" ^{[ 28 ]} لتحديد بنية البروتين، وذلك من خلال إنشاء مختبر البيولوجيا الجزيئية ، الذي ضم في البداية بيروتز وجون كيندرو ومساعدين اثنين. عمل براغ معهم، وبحلول عام 1960 تمكنوا من تحديد بنية الميوغلوبين على المستوى الذري. ^{[ 29 ]} بعد ذلك، قلّ انخراط براغ؛ إذ أصبح تحليل الهيموغلوبين أسهل بعد دمج ذرتي زئبق كعلامات في كل جزيء. كان أول إنجازٍ عظيمٍ لمجلس البحوث الطبية هو فكّ شفرة بنية الحمض النووي (DNA) على يد جيمس واتسون وفرانسيس كريك . أعلن براغ عن هذا الاكتشاف في مؤتمر سولفاي حول البروتينات في بلجيكا في 8 أبريل 1953، إلا أن الصحافة لم تُغطِّه. ثم ألقى محاضرةً في كلية الطب بمستشفى غاي في لندن يوم الخميس 14 مايو 1953، ما أسفر عن مقالٍ بقلم ريتشي كالدر في صحيفة نيوز كرونيكل اللندنية يوم الجمعة 15 مايو 1953، بعنوان "لماذا أنت أنت؟ سرّ الحياة الأقرب". رشّح براغ كريك وواتسون وموريس ويلكنز لجائزة نوبل في الطب أو علم وظائف الأعضاء لعام 1962؛ وقد كرّمت الجائزة التي مُنحت لويلكنز إسهامات علماء البلورات بالأشعة السينية في كلية كينغز كوليدج لندن . ^{[ 30 ]} من بين هؤلاء كانت روزاليند فرانكلين ، التي أظهرت صورتها رقم 51 أن الحمض النووي عبارة عن حلزون مزدوج ، وليس الحلزون الثلاثي الذي اقترحه لينوس باولينغ . توفيت فرانكلين قبل منح الجائزة (التي تُمنح فقط للأحياء).

في عام ١٩٥٣، انتقل آل براغ إلى الشقة الأنيقة المخصصة للأستاذ المقيم في المؤسسة الملكية بلندن، وهو المنصب الذي شغله والده عند وفاته. في عامي ١٩٣٤ و١٩٦١، ألقى لورانس محاضرة عيد الميلاد في المؤسسة الملكية ، ومنذ عام ١٩٣٨ شغل منصب أستاذ الفلسفة الطبيعية في المؤسسة، حيث كان يُلقي محاضرة سنوية. وقد أدى ورثة والده إلى إضعاف المؤسسة، لذا كان على براغ إعادة بنائها. عزز براغ مواردها المالية من خلال استقطاب رعاة من الشركات، وكانت المحاضرات التقليدية التي تُعقد مساء كل جمعة تُتبع بحفل عشاء للمتحدث ومجموعة مختارة بعناية من الرعاة المحتملين، يزيد عددهم عن ١٢٠ راعٍ كل عام. أثارت اثنتان من هذه المحاضرات التي ألقاها عام ١٩٦٥ إعجابه بشكل خاص. ففي ٧ مايو، ألقت الليدي براغ، التي كانت عضواً في اللجنة الملكية للزواج والطلاق (١٩٥١-١٩٥٥) ورئيسة المجلس الوطني للإرشاد الزوجي ، محاضرة بعنوان "الأنماط المتغيرة في الزواج والطلاق". وفي ١٥ نوفمبر، استمع براغ بفخر واضح إلى محاضرة ابنه المهندس ستيفن ، الذي كان آنذاك كبير العلماء في شركة رولز رويس المحدودة، وأصبح لاحقاً نائب رئيس جامعة برونيل ، بعنوان "التذبذبات والضوضاء في المحركات النفاثة ". ^{[ ٣١ ]} كما أطلق برنامجاً لمحاضرات مدرسية مرموقة، تميزت بعروض توضيحية متقنة كانت سمة مميزة للمؤسسة. وقد ألقى ثلاثاً من هذه المحاضرات حول "الكهرباء". ^{[ ٣٢ ]}

واصل أبحاثه في المؤسسة بتشكيل فريق صغير للعمل في مختبر ديفي-فاراداي في الطابق السفلي والمنزل المجاور، بدعم من المنح التي حصل عليها. نجح أحد زوار المختبر في إدخال معادن ثقيلة في إنزيم الليزوزيم ؛ وتم تحديد بنية بلورته عام 1965 في المؤسسة الملكية على يد ديفيد تشيلتون فيليبس وزملائه، حيث أُجريت الحسابات على 9040 انعكاسًا باستخدام الحاسوب الرقمي في جامعة لندن، مما سهّل العمل بشكل كبير. ^{[ 33 ]} رسم براغ اثنين من الرسوم التوضيحية لموقع الأحماض الأمينية في السلسلة. على عكس الميوغلوبين، حيث تتخذ حوالي 80% من بقايا الأحماض الأمينية شكل الحلزون ألفا ، فإن محتوى الحلزون ألفا في الليزوزيم لا يتجاوز 40% من بقايا الأحماض الأمينية الموجودة في أربعة امتدادات رئيسية. تتضمن أجزاء أخرى بنية حلزونية 3 ₁₀ ، وهي بنية اقترحوها سابقًا. ^{[ 34 ]} في هذه البنية، يرتبط كل ببتيد ثالث برابطة هيدروجينية مع الببتيد الأول، مُشكلاً بذلك حلقة تحتوي على عشر ذرات. وقد توصلوا إلى البنية الكاملة للإنزيم في الوقت المناسب للاحتفال بعيد ميلاد براغ الخامس والسبعين. أصبح أستاذًا فخريًا عام 1966.

ازدهر تحليل بنية البروتينات بالأشعة السينية في السنوات اللاحقة، حيث تم تحديد بنى عشرات البروتينات في مختبرات حول العالم. وقد مُنحت ثمانية وعشرون جائزة نوبل لأبحاث استخدمت تحليل الأشعة السينية. لكن من عيوب هذه الطريقة أنها تتطلب تطبيقها على البلورات، مما يحول دون رصد التغيرات في الشكل عند ارتباط الإنزيمات بالركائز وما شابه. وقد حُلّت هذه المشكلة بتطوير تقنية أخرى بدأها براغ، وهي المجهر الإلكتروني المُعدّل لتصوير جزيئات مفردة مُجمدة: المجهر الإلكتروني فائق البرودة . ^{[ 35 ]}

خلال فترة ارتباطه الطويلة بالمؤسسة الملكية، كان:

• أستاذ الفلسفة الطبيعية، 1938-1953
• أستاذ الكيمياء في جامعة فوليريان ، 1954-1966
• مشرف مجلس النواب، 1954-1966
• مدير مختبر ديفي فاراداي للأبحاث، 1954-1966
• مدير المؤسسة الملكية ، 1965-1966
• أستاذ فخري، 1966-1971