Аймс, Элмер

Элмер Сэмюэл Аймс
Elmer Samuel Imes
Дата рождения	12 октября 1883(1883-10-12)
Дата смерти	11 сентября 1941(1941-09-11) (57 лет)
Научная сфера	инфракрасная спектроскопия
Место работы	Университет Олбани (Джорджия) Мичиганский университет Университет Фиска
Альма-матер	Университет Фиска
Научный руководитель	Харрисон М. Рэндалл

Элмер Сэмюэл Аймс (англ. Elmer Samuel Imes; 12 октября 1883, Мемфис — 11 сентября 1941, Нью-Йорк) — американский физик-экспериментатор, второй в истории афроамериканец, получивший докторскую степень по физике. Известен благодаря работам по инфракрасной спектроскопии, в частности прецизионному измерению спектров двухатомных молекул, подтвердившему квантование их вращательной энергии.

Биография

Элмер Аймс родился в Мемфисе в семье Бенджамина Аймса и Элизабет Уоллес, вместе учившихся в Оберлинском колледже. В 1880 году Бенджамин получил богословскую степень в Оберлинской теологической семинарии и позже отправился в качестве миссионера Конгрегациональной церкви на юг страны, чтобы проповедовать среди бывших рабов. У Элмера было два младших брата: Альберт стал успешным бизнесменом в Великобритании, а Уильям — известным теологом и борцом за гражданские права. Семья Аймсов была хорошо известна в образованном негритянском сообществе.

В библиотеке Университета Фиска (около 1900 года)

После окончания грамматической школы в Оберлине (Огайо) и средней школы в Нормале (Алабама) в 1899 году Элмер Аймс поступил в Университет Фиска в Нашвилле, где получил классическое образование: изучал химию, биологию, математику, физику, языки (французский, испанский, латынь и греческий), логику, английскую литературу, социологию и этику. В 1903 году он получил степень бакалавра искусств и стал учителем физики и математики Нормального института в Олбани (Джорджия) (англ. Albany Normal Institute, ныне Университет Олбани). Хотя Аймс хотел продолжать обучение, в первые годы он не мог себе этого позволить из-за отсутствия денег и необходимости заботиться о семье после смерти отца в 1908 году. В 1909 году он вернулся в Университет Фиска, на следующий год выполнил требования для получения магистерской степени и продолжил работу в университете преподавателем общей физики и математики. В 1915 году, получив магистерскую степень по социологии и желая продолжить образование в одном из университетов Севера, Аймс поступил в аспирантуру Мичиганского университета для занятий физикой. В 1918 году по результатам своих исследований в области инфракрасной спектроскопии он защитил докторскую диссертацию, выполненную под руководством Харрисона Рэндалла. Тем самым Аймс стал лишь вторым афроамериканским физиком, получившим докторскую степень; первым был Эдвард Буше, защитивший диссертацию в 1876 году.

Испытывая трудности с поиском работы, следующие четыре года после защиты Аймс провёл в Нью-Йорке, где работал самозанятым физиком-консультантом. В это время он сблизился со многими представителями афроамериканской культуры, принадлежавшими к так называемому Гарлемскому ренессансу. Одна из них — писательница Нелла Ларсен — 3 мая 1919 года стала его женой. В следующее десятилетие Аймс успел поработать на исследовательских и инженерных позициях в трёх нью-йоркских фирмах: Federal Engineers Development Corporation (1922—1924), Burrows Magnetic Equipment Corporation (1924—1927) и E.A. Evert Signal Supplies (1927—1930). Его деятельность была в основном связана с разработкой приборов и методов для более точного измерения магнитных свойств материалов; по результатам работы им были получены четыре патента.

Нелла Ларсен (1928)

В 1930 году Аймсу предложили организовать программу физического образования и возглавить физический факультет в его альма-матер — Университете Фиска. Учёный, не удовлетворённый своим положением и желая вернуться к академической деятельности, ответил согласием. Жена, однако, не последовала за ним в Нашвилл; в 1933 году они официально развелись (формальным поводом было жестокое обращение, хотя сообщалось также об отношениях учёного с одной из работниц университетской администрации). В Университете Фиска Аймс разработал набор курсов, достаточных для получения степени бакалавра или магистра по физике, благодаря связям с Мичиганским и Нью-Йоркским университетами вовлекал студентов в исследования по рентгеноструктурному анализу и магнетизму, а также предложил новый курс «Культурная физика» (англ. Cultural Physics), нацеленный на формирование у студентов широкого понимания места науки и её приложений в развитии общества. Он активно участвовал в общественной жизни учебного заведения: помогал разрабатывать дизайн нового университетского здания, отвечал за имевшееся кинооборудование и был одним из организаторов ежегодного фестиваля искусств, проводившегося в университете. Аймс был членом почётного общества Сигма Кси, Американского физического общества, Американского института электротехники и общества ASTM.

Современники описывали Аймса как

привлекательного мужчину со старомодным очарованием и вежливыми манерами... формального, очень объективного и очень сдержанного, но <при этом> он любил дам; он мог пойти на концерт в часовню Фиска в смокинге и в компании белой женщины... носитель идеального отцовского образа, утончённый, искушённый в жизни и относящийся с нежностью к молодежи... Он любил спорт, литературу, искусство, бридж и женщин... Деньги для него ничего не значили.

Оригинальный текст (англ.)[показатьскрыть]

...an engaging man with old-world charm and courtly manners... formal, very objective and very reserved, but he loved ladies; he would go to concerts in the Fisk chapel with a tuxedo on and in the company of a white woman... a wonderful fatherly figure, sophisticated, worldly-wise and [possessed of] a tenderness for young people... He liked sports, literature, arts, bridge and women.... Money meant nothing to him.

Всегда можно было рассчитывать, что Аймс, мирно покуривающий трубку, внесёт в любую дискуссию атмосферу философской основательности и уравновешенной практичности. Более того, имея склонность к поэзии, он был широко начитан и был проницательным и страстным ценителем музыки. У него было восхитительное чувство юмора и остроумие, которые, однако, он всегда использовал с добротой и вниманием, столь характерными для его чувствительной натуры.

Оригинальный текст (англ.)[показатьскрыть]

Peacefully smoking his pipe, Imes could always be relied upon to bring to any discussion an atmosphere of philosophic soundness and levelheaded practicalness. Gifted, moreover, with a poetic disposition, he was widely read in literature, and a discriminating and ardent appreciator of music. He had a delightful sense of humor and a skill in repartee, which he always used, however, with the kindliness and consideration so characteristic of his sensitive nature.

Элмер Аймс скончался 11 сентября 1941 года в Мемориальной больнице Нью-Йорка от рака гортани. Его прах был рассеян вокруг розового куста около его бывшего дома в Университете Фиска.

Научная деятельность

Колебательно-вращательный спектр хлороводорода

Научные исследования Аймса, выполненные в Мичиганском университете, посвящены прецизионному измерению колебательно-вращательных спектров двухатомных молекул. К 1910-м годам было экспериментально установлено, что спектры таких молекул состоят из широких полос, для объяснения которых предлагалось использовать идеи зарождающейся квантовой физики. В частности, было выдвинуто предположение о том, что энергия вращения молекул должна принимать дискретный набор значений (квантоваться), как это имеет место для молекулярных колебаний. Однако экспериментальные результаты, имевшиеся к тому времени, не позволяли однозначно подтвердить или опровергнуть это предположение: было необходимо провести более точные измерения структуры спектральных полос. Для решения этой задачи с 1916 года Аймс разработал и сконструировал несколько инфракрасных спектрометров с всё возрастающей разрешающей способностью. Наиболее точный прибор, состоявший из двух связанных спектрометров (один с призмой, другой с дифракционной решёткой), был использован для детального исследования спектров поглощения молекул галогеноводородов (HCl, HBr и HF). В частности, для молекулы хлороводорода учёный наблюдал две полосы на длинах волн 1,76 и 3,46 мкм, причём первую из них удалось разрешить на 8 пар спектральных пиков, а вторую — на 12. Результаты проведённых исследований вошли в докторскую диссертацию Аймса и были опубликованы в 1919 году в большой статье в журнале Astrophysical Journal и в 1920 году в заметке в журнале Physical Review, написанной совместно с научным руководителем Харрисоном Рэндаллом.

В 1920 году в работе Адольфа Кратцера результаты прецизионных измерений Аймса получили детальную теоретическую интерпретацию в духе квантовых концепций и были признаны однозначным свидетельством в пользу квантования вращательной энергии молекул, а также использовались для вычисления длин химических связей. Более того, в данных Амса содержалось первое указание, что пики в спектральной полосе HCl на длине волны 3,46 мкм на самом деле являются дублетами (то есть раздваиваются). Кратцер и Ф. Уилер Лумис истолковали такую структуру спектров, как следствие наличия двух изотопов хлора с массовыми числами 35 и 37.

Хотя в последующие годы Аймс не опубликовал новых работ, его авторитет среди коллег оставался высоким, а результаты его исследований в области инфракрасной спектроскопии были широко известны в научном сообществе. По словам известного спектроскописта Эрла Плайлера,

До работы Аймса существовали сомнения в универсальной применимости квантовой теории к электромагнитному излучению всех спектральных диапазонов... Работа Аймса стала поворотным моментом в научном мышлении, сделав ясным, что квантовая теория не была новшеством, полезным лишь в некоторых областях физики, а обладала широкой и общей применимостью.

Оригинальный текст (англ.)[показатьскрыть]

Up until the work of Imes, there was doubt about the universal applicability of the quantum theory to radiation in all parts of the electromagnetic spectrum... Imes’s work formed a turning point in the scientific thinking, making it clear that quantum theory was not just a novelty, useful in limiting fields of physics, but, of widespread and general application.

Публикации

• Imes E.S. Measurements on the near infra-red absorption of some diatomic gases // Astrophysical Journal. — 1919. — Vol. 50, № 11. — P. 251-276. — doi:10.1086/142504.
• Randall H.M., Imes E.S. The fine-structure of the near infra-red absorption bands of the gases HCl, HB, and HF // Physical Review. — 1920. — Vol. 15, № 2. — P. 152-155. — doi:10.1103/PhysRev.15.126.

Литература

• Martin A.E. Elmer Samuel Imes, 1883–1941 // American Journal of Physics. — 1942. — Vol. 10, № 3. — P. 149. — doi:10.1119/1.1990348.
• Mickens R.E. Bouchet and Imes: First Black Physicists // The African American Presence in Physics. — Atlanta: Clark Atlanta University Faculty Publications, 1999. — P. 20—28. — doi:10.22595/caupubs.00010.
• Mickens R.E. Imes, Elmer Samuel // New Dictionary of Scientific Biography. — Detroit: Charles Scribner's Sons, 2008. — Vol. 4. — P. 6—9.
• Mickens R.E. The life and work of Elmer Samuel Imes // Physics Today. — 2018. — Vol. 71, № 10. — P. 28—35. — doi:10.1063/PT.3.4042.
• Swann W.F.G. Elmer Samuel Imes // Science. — 1941. — Vol. 94, № 2452. — P. 600—601. — doi:10.1126/science.94.2452.600.
• This Month in Physics History. November 1919: Elmer Imes Publishes Work on Infrared Spectroscopy // APS News. — 2008. — Vol. 17, № 10. — P. 2.

Ссылки

• Williams S. Elmer Samuel Imes (англ.). Physicists of the African Diaspora. State University of New York at Buffalo (23 ноября 1999). Дата обращения: 6 ноября 2018.