Валтер Фридрих и непризнатият му принос за откриването на рентгеновата кристалография

От 1901г. до 1955г.

Питър Хийни, професор по минералогия в колежа по земни науки и минералогия към изследователския институт „Penn State“, случайно попада на интервю с Валтер Фридрих от 1963 г. Благодарение на превода му, става ясно, че немският учен има ключова, макар и отдавна забравена, роля за откриването на рентгеновата кристалография, получила Нобелова награда.

Според Хийни Фридрих никога не получава полагащото му се признание за откритието, което впоследствие се превръща в основата на всяко изследване и разработване на нови материали.

Рентгенова кристалография

Рентгеновата кристалография e техника, която се базира на рентгеновите лъчи, за да получи информация за структурата на кристалите. Рентгеновата дифракция и данните, които се извличат чрез нея, са ключови за развитието на много научни области.

Проф. Хийни споделя: „Трудно е да си представим науката материалознание без сериозния принос на Фридрих и колегите му. Валтер Фридрих е малко известен днес, но всъщност точно той е първооткривателят, основоположникът на откритие, което вероятно всеки учен би определил като едно от десетте най-важни научни постижения на 20-ти век, променили света завинаги. И до ден днешен кристалната структура се изучава с помощта на същата техника. Единствената разлика е, че сега имаме по-интензивни източници на рентгеново лъчение и по-чувствителни детектори.“

Първата стъпка към Нобелова награда

В началото на 20-ти век твърдението, че материалите са изградени от атоми буди противоречие сред учените. Някои от тях поставят под съмнение дори съществуването на атомни частици. Немският физик Макс фон Лауе обаче успява да обори невярващите с научни доказателства.

Фон Лауе знае, че, когато видима за окото светлина докосне решетка, чиято дължина на вълната е същата като тази на светлината, настъпва конструктивна или деструктивна интерференция в зависимост от ъгъла и дължината на вълната на светлината. Ъгълът определя кои цветове или дължини на вълните ще бъдат подсилени и кои ще изчезнат, така както светлината предизвиква ефекта на дъгата по повърхността на компактдиск.

Изхождайки от своите наблюдения, фон Лауе стига до следното предположение: ако рентгеновите лъчи са като вълни и ако кристалите са изградени от атоми със същата периодичност като рентгеновите лъчи, то, когато достигнат даден кристал, те би трябвало селективно да се подсилват или да изчезват. След като се преборва с всеобщия скептицизъм, ученият успява да убеди своя ръководител Арнолд Зомерфелд да разреши на Валтер Фридрих и Пол Нипинг да проведат експерименти през лятото на 1912 г.

Самият Фридрих споменава в интервюто от 1963 г.: „Всички бяха скептично настроени. Схващането им беше, че естествените топлинни вибрации на атомите са толкова силни, че могат да унищожат всяка интерференция.“

Атомите съществуват

Фон Лауе е наясно, че има нужда от помощта на Фридрих.

Според проф. Хийни фон Лауе е теоретик, не експериментатор, и не би могъл да създаде апарат или инструмент за провеждането на каквито и да било опити.

Валтер Фридрих изобретява апарата, нужен за научните им експерименти. След много неуспешни опити, резултат от неправилните предположения на фон Лауе, най-накрая Фридрих създава фотографска плака с ясно очертани точки на рентгенова интерференция.

Ученият доказва, че атомите в кристалите разсейват рентгеновите лъчи така, че последните да се интерферират (кръстосат) конструктивно и да доведат до образуването на остри връхчета върху фотографската емулсия. Процесът доказва съществуването на отделни атоми, които изграждат кристалите, тяхната подредба по определен начин в пространството и че рентгеновите лъчи, също като видимата светлина, могат да бъдат моделирани като вълни.

Великото откритие носи Нобелова награда по физика на фон Лауе през 1914 г. От тогава рентгеновата дифракция е в основата на всички изследвания, сред които научните пробиви в разгадаването на структурите на сложни органични макромолекули като протеини или ДНК през 50-те години на миналия век.

В изследователския институт „Penn State“ рентгеновата дифракция е неизменна част от процесите, извършвани в лабораторията за изследване на материали.
Валтер Фридрих обаче не е удостоен с Нобелова награда.

Забравен от историята

Проф. Хийни е изненадан, че толкова важна за развитието на науката фигура потъва в забрава. Той едва открива снимка на учения в интернет.

„Случайно се натъкнах на интервю на немски език с Фридрих в архивите на Американското дружество по физика“, казва още експертът.

Според него той остава в сянката на фон Лауе поради няколко причини. Фридрих е скромен и изпитва дълбоко уважение към фон Лауе, а и по онова време се намира по-ниско в йерархията от него. Въпреки това фон Лауе не пропуска да отбележи и признае ролята и помощта на Фридрих и Нипинг.

Също така малко след впечатляващите експерименти с дифракция, Фридрих решава да се фокусира върху биологичните ефекти от рентгеновото лъчение и се отдалечава от физиката. И не на последно място, Фридрих постъпва в Университета на Марбург в Източна Германия след Втората световна война, което го откъсва и от научните среди на запад.

Хийни вярва, че с превода на интервюто би отдал нужната почит към учения, но се сблъсква с проблем – не знае немски език.

Превод на интервюто с Валтер Фридрих

Отначало Хийни се доверява на автоматичния превод на Google Translate, но крайният резултат е повече от незадоволителен. Още повече, че интервюто е 13 страници. В условията на пандемия и повече свободно време, професорът успява да получи груб превод на документа с помощта на няколко преводачески инструмента.

След това го изпраща на Мелани Каливода, която е немскоговореща и е уредник на колекцията от минерали в университета „Ludwig Maximilian“ в Мюнхен, Германия.

Приятелката му се свързва с него няколко седмици по-късно, за да го похвали за усилията му, но и да подчертае, че на места смисълът е напълно противоположен. Заедно те оформят интервюто на разбираем английски език, след което Хийни пише предговор и го изпраща за публикуване в бюлетина на Международния съюз по кристалография.

Историческият документ намира място на страниците му през октомври 2020 г.

Да отдадем дължимото на новатора

Според проф. Хийни интервюто е част от проект на Томас Кун през 60-те години на миналия век. Той е известен научен философ, който събира на едно място историите за квантовата революция от оцелели участници в нея. Неговият екип преминава Желязната завеса, за да се срещне именно с Валтер Фридрих.

От членовете на екипа жив е само Хейлброн и професорът се свързва с него, за да научи повече за личните му впечатления от Фридрих.

Хийни споделя, че интервюто описва физика като много забавен и същевременно самокритичен човек. Лично разказаната история придава автентичност на събитията, довели до Нобелова награда за фон Лауе.

Експертът завършва с думите: „Валтер Фридрих е имал много ценни умения, без които експериментите върху кристали не биха постигнали толкова голям успех. С публикуването на интервюто исках да покажа колко важна роля е изиграл Фридрих. Роля, която, по мое мнение, е трябвало да му отреди място до фон Лауе при връчването на Нобеловата награда.“