獲得諾貝爾獎相當難能可貴，同一家族出現兩名以上諾貝爾獎得主已是屈指可數，而布拉格父子以 X 光繞射的研究，一起獲頒諾貝爾物理獎，更是絕無僅有。
這對父子檔中的父親亨利．布拉格 (William Henry Bragg) 於1885年自英國劍橋大學的三一學院畢業，因為成績優異，便在老師湯姆森 (J. J. Thomson，就是發現電子那位物理學家) 的推薦下，獲聘至澳洲的阿德雷得大學 (University of Adelaide) 擔任教授，講授數學與實驗物理。
其實亨利的專長是數學，他跟湯姆森僅上過一年的物理課，物理造詣並不深，但澳洲的學校這樣要求，他只能硬著頭皮一邊重新鑽研物理書籍，一邊跟學生上課。亨利到了澳洲才發現學校不僅缺師資，實驗器材也不足，若要再從英國訂購恐曠日廢時，他只好到當地儀器廠商那兒實習，試著自己打造上課所需的實驗設備。塞翁失馬，焉知非福，這些經驗反倒對他日後設計 X 光繞射的實驗大有幫助。
1889 年，亨利娶了也是從英國來澳洲的天文學家的女兒，隔年即生下長子勞倫斯 (William Lawrence Bragg)。小布拉格 5 歲時騎腳踏車跌傷，手肘骨折。亨利想起不久前讀到倫琴 (Wilhelm Röntgen) 的一篇論文，寫他如何無意間用「克魯克斯管」(Crookes tube，陰極射線管的前身) 產生 X 射線，照出妻子左手掌的骨骼照片。於是亨利起心動念，也想用 X 射線為兒子檢查骨頭傷勢。
剛巧他岳父的朋友剛從英國帶回一台克魯克斯管，亨利向他借來架設，成功幫兒子照了 X 光片。這是澳洲第一張 X 光片，也是布拉格父子在 X 光的第一次交集。
勞倫斯 16 歲就進入阿德雷得大學就讀，自然也成了老爸的學生。1908 年，亨利收到英國里茲大學 (University of Leeds) 的聘書，於是隔年舉家遷回英國，亨利終於回到睽違 23 年的故土。勞倫斯則進入老爸的母校劍橋大學，兩年之後畢業，繼續在三一學院讀研究所，巧的是，指導教授正是當年教過老爸的湯姆森。
小布拉格 (William Lawrence Bragg)
1912 年，德國物理學家勞厄 (Max von Laue) 發現 X 射線穿過晶體會產生繞射現象，才確定神秘的 X 射線其實就是一種電磁波。當時就讀研究所一年級的勞倫斯對於勞厄的實驗中，繞射圖案有時明顯、有時模糊感到好奇，思考是否有個模型可以解釋這個現象。
有一天他沿著河邊散步時，突然靈光一閃，想出其中道理。晶體內的原子排列整齊方正，就像一層一層的積木，每一層都會反射打進來的 X 光。不同層反射的 X 光抵達屏幕時行經的距離不同，波峰∕波谷的位置也就不同，因而形成建設性干涉或破壞性干涉。當行經距離的差距是波長的整數倍時，繞射圖案最為明顯。假設晶格中每層的距離都固定不變，那麼繞射圖案就只取決於晶格間距、X 光的波長，以及入射的角度。
勞倫斯找老爸討論這個想法，亨利聽了之後，認為要確認是否正確的最有效方法，就是直接做實驗。他立刻動手打造讓晶體任意旋轉，並且可以精確測出 X 光散射角度的裝置，以及能產生特定波長的「X 射線光譜儀」(X-ray spectrometer)，兩人開始一起進行實驗。
他們在分析了大量數據後，很快於 1913 年 7 月 1 日共同發表論文，提出勞倫斯所發想的「布拉格定律」：
nλ = 2dsinθ
其中 n 為整數，λ 為 X 光的波長，d 為原子晶格內的層距，而θ則是入射光與散射層間的夾角。
發表論文後，布拉格父子繼續用這套裝置做實驗，陸續測出食鹽、硫化鋅與鑽石的晶體結構。1915 年，他們共同獲頒諾貝爾物理獎，創下史上唯一親子檔一起獲獎的紀錄；當時勞倫斯年僅 25 歲，至今仍是諾貝爾科學獎項中最年輕的紀錄保持人。
布拉格父子為 1915 年諾貝爾獎所拍攝的照片。圖片來源：Innovation Intelligence International
布拉格父子的發現開啟了 X 光繞射的廣泛應用，除了呈現一般物質的晶體結構，也揭開生命的奧秘。1953 年，華生與克里克發表 DNA 的雙螺旋結構，所依據的就是羅莎琳．弗蘭克林 (Rosalind Franklin) 以 X 光繞射拍攝的「第51號相片」。巧合的是，當時華生與克里克是在卡文迪許實驗室 (Cavendish Laboratory) 進行研究，而實驗室主任正是小布拉格。
除了解開 DNA 的結構，到目前為止，至少有 28 項獲頒諾貝爾獎的研究，也都是使用 X 光繞射技術而獲得成果。布拉格父子對後世的貢獻與影響有多麼巨大，由此可見一斑，而他們父子一路走來的各種機緣巧合與協力合作，也成為一段史上佳話。
註：本文改寫自已發表於七月號的《工業材料》雜誌。
- 標題圖片：布拉格父子。圖片來源：IUCr。
