Герман фон Гельмгольц

Герман Людвиг Фердинанд Гельмгольц

Hermann von Helmholtz

Дата рождения

31 августа 1821 года

Место рождения

Потсдам, Германский союз

Дата смерти

8 сентября 1894 года

Место смерти

Шарлоттенбург, Германская империя

Гражданство

Германская империя

Научная сфера

физика, медицина, физиология, психология

Известен как

автор теории цветоощущения Гельмгольца, принципа наименьшего действия

Известные люди Герман Гельмгольц Док фильм [12:34]

Герман Людвиг Фердинанд фон Гельмгольц (Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz) (31 августа 1821, Потсдам — 8 сентября 1894, Шарлоттенбург) — немецкий физик, врач, физиолог и психолог.

Биография

Герман Людвиг Фердинанд фон Гельмгольц родился 31 августа 1821 года в Потсдаме. Его отец Фердинанд Гельмгольц служил учителем гимназии; мать Каролина (урожденная Пенн), происходила из английской семьи, переселившейся в Германию. Герман фон Гельмгольц получил первоначальное образование в Потсдамской гимназии, а затем в 17 лет поступил студентом в королевский медико-хирургический институт в Берлине, который окончил в 1842 году, защитив докторскую диссертацию «De fabrica systematis nervosi evertebratorum».

Обязательной для выпускников королевского медико-хирургического института была восьмилетняя военная служба, которую Гельмгольц проходил с 1843 года в Потсдаме, в качестве военного врача. В 1847 году Гельмгольц пишет свою знаменитую книгу «Über die Erhaltung der Kraft» и по рекомендации Александра Гумбольдта в 1848 году ему разрешено преждевременно оставить военную службу и возвратиться в Берлин, чтобы занять место в Академии художеств в качестве преподавателя анатомии; одновременно Гельмгольц становится ассистентом при анатомическом музее. Но в 1849 году по рекомендации своего учителя, знаменитого физиолога Иоганна Мюллера, он был приглашен на должность профессора физиологии и общей анатомии в Кёнигсберг. Гельмгольц высоко ценил воспитывающее влияние своего профессора-руководителя Иоганна Мюллера и держался его направления. Недаром он говорил о нём: «Кто раз пришел в соприкосновение с человеком первоклассным, у того духовный масштаб изменен навсегда — тот пережил самое интересное, что может дать жизнь…». В 1855 году переезжает в Бонн, где руководит кафедрой анатомии и физиологии, а с 1858 года — кафедрой физиологии в Гейдельберге. В 1870 году становится членом Прусской академии наук.

В Гейдельберге Гельмгольц оставался до 1871 года, когда по приглашению Берлинского университета возглавил вакантную, после смерти известного профессора физики Густава Магнуса, кафедру физики и получает звание профессора. При кафедре университета была небольшая лаборатория (первая в Европе), Гельмгольц был вторым её руководителем. При содействии правительства в 1877 году Гельмгольц построил новую крупную лабораторию ныне носящую название Физического института Берлинского университета, которой управлял до 1888 года. Позже германский Рейхстаг основал в Шарлоттенбурге новое большое учреждение — физико-техническое имперское ведомство (Physicalish-Technische Reichsanstalt) и Гельмгольц был назначен его президентом. Руководство физическим институтом в Берлине, было передано профессору Августу Кундту, сам Гельмгольц продолжал читать лекции теоретического характера.

Деятельность Гельмгольца как профессора, разделяется на деятельность профессора физиологии до 1871 года и профессора физики с 1871 до 1894 года. Большое количество учеников Гельмгольца — специалисты в различных отраслях естествознания. Среди них такие известные российские учёные как: Н. Н. Гезехаус, А. П. Соколов, Р. А. Колли, П. Ф. Зилов, Н. Н. Шиллер; из биологов и врачей — профессор Э.Адамюк, Н.Бакста, Л.Гиршман, И.Догель, В.Дыбковский, Э.Мандельштамм, И.Сеченов, А.Ходин, Ф.Шереметьевский. Э.Юнге, из которых многие приобрели себе громное имя в науке и основали школы в русских университетах.

В 1888 году император Германии Фридрих III возвел Гельмгольца в дворянское достоинство, а в 1891 году уже император Вильгельм II пожаловал его чином действительного тайного советника, титулом Excellenz и орденом Чёрного Орла. В том же 1891 году Гельмгольц удостоился высшей награды Франции — звезды ордена «Почетного легиона». Город Берлин избрал его своим почётным гражданином.

После смерти первой жены, Гельмгольц женился второй раз. Его сын Роберт — молодой ученый физик, получивший премию за работу «О лучеиспускании пламени», умер в 1889 году.

Научный вклад

В первых научных работах по изучению процессов брожения и теплообразования в живых организмах Гельмгольц приходит к формулировке закона сохранения энергии. В его книге «О сохранении силы» (1847) он формулирует закон сохранения энергии строже и детальнее, чем Роберт Майер в 1842 году, и тем самым вносит существенный вклад в признание этого оспариваемого тогда закона.

Принцип сохранения живой силы в формулировке Гельмгольца гласит: «Если любое число подвижных материальных точек движется только под влиянием таких сил, которые зависят от взаимодействия точек друг на друга или которые направлены к неподвижным центрам, то сумма живых сил всех взятых вместе точек останется одна и та же во все моменты времени, в которые все точки получают те же самые относительные положения друг по отношению к другу и по отношению к существующим неподвижным центрам, каковы бы ни были их траектории и скорости в промежутках между соответствующими моментами»

Позже Гельмгольц формулирует законы сохранения энергии в химических процессах и вводит в 1881 году понятие свободной энергии — энергии, которую необходимо сообщить телу для приведения его в термодинамическое равновесие с окружающей средой.

$F=U-TS$, где $U$ есть внутренняя энергия, $S$ — энтропия, $T$ — температура.

Гельмгольц показал всеобщность этого закона, в частности то, что происходящие в живых организмах процессы также подчиняются закону сохранения энергии; это было наиболее сильным аргументом против концепции особой «живой силы», якобы управляющей организмами.

С 1842 по 1852 годы Гельмгольц занимается изучением роста нервных волокон. Параллельно он активно изучает физиологию зрения и слуха. Также Гельмгольц создает концепцию «бессознательных умозаключений», согласно которой актуальное восприятие определяется уже имеющимися у индивида «привычными способами», за счёт чего, по его мнению, сохраняется постоянство видимого мира, при этом существенную роль играют мышечные ощущения и движения. Гельмгольц разрабатывает математическую теорию для объяснения оттенков звука с помощью обертонов.

Гельмгольц способствует продвижению теории трёхцветового зрения Томаса Юнга, изобретает в 1850 году офтальмоскоп для изучения глазного дна, в 1851 году — офтальмометр для определения радиуса кривизны глазной роговицы.

Гельмгольц закладывает основы гидродинамики формулируя законы поведения вихрей для невязких жидкостей. Математическими исследованиями таких явлений как атмосферные вихри, грозы и глетчеры Гельмгольц закладывает основы научной метеорологии.

Ряд технических изобретений Гельмгольца носит его имя. Катушка Гельмгольца состоит из двух соосных соленоидов, удалённых на расстояние их радиуса и служит для создания открытого однородного магнитного поля. Резонатор Гельмгольца представляет собой полый шар с узким отверстием и служит для анализа акустических сигналов, а также при настройке низкочастотных звуковых колонок для работы в области низких частот или наоборот используется для подавления нежелательных частот в помещениях.

Часть работ Гельмгольц посвятил обоснованию всеобщности принципа наименьшего действия. Он впервые доказал применимость принципа наименьшего действия к тепловым, электромагнитным и оптическим явлениям, вскрыл связь этого принципа со вторым началом термодинамики.

Философия

Будучи последователем кантианской философии, на основе принципа специфических энергий И. Мюллера и теории локальных знаков Р. Г. Лотце Гельмгольц разрабатывал собственную теорию восприятия — «теорию иероглифов». В соответствии с этой теорией, субъективные образы не имеют сходства с объективными свойствами воспринимаемых предметов, но представляют собой лишь их знаки. Для него восприятие представлялось двухступенчатым процессом. В основе которого лежит ощущение, качество и интенсивность которого обусловлены врожденными (априорными) механизмами, специфическими для данного органа восприятия. На основе этих ощущений уже в реальном опыте образуются ассоциации. Таким образом актуальное восприятие определяется уже имеющимися у индивида «привычными способами», за счет которых сохраняется постоянство видимого мира. Он описал на основе этой концепции механизмы восприятия пространства, в которых на первый план выдвигалась роль мышечных движений.

Сочинения и их переводы

• Die Lehre von den Tonempfindungen als physiologische Grundlage für die Theorie der Musik. Braunschweig, 1863; Учение о слуховых ощущениях как физиологическая основа для теории музыки. СПб., 1875 (перевод М. О. Петухова).
• Счёт и измерение // Известия Казанского физ.-мат. Об-ва. № 2 (1892). — доп. К № 3-4.
• О происхождении и значении геометрических аксиом. СПб., 1895.
• О сохранении силы. М.-Л.: ГТТИ, 1934.
• О фактах, лежащих в основании геометрии. // Об основаниях геометрии. М.: ГТТИ, 1956, с. 366—382.
• Основы вихревой теории. М.: ИКИ, 2002.

См. также

• Катушка Гельмгольца — два соосных соленоида, разнесённых на расстояние их радиуса, служат для создания открытого однородного магнитного поля.
• Резонатор Гельмгольца — акустический прибор, сосуд сферической формы с открытой горловиной. Изобретен Гельмгольцем около 1850 г. для анализа акустических сигналов.
• Теория цветоощущения Юнга — Гельмгольца

Литература

• Гельмгольц // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890−1907.
• Гельмгольц (helmholtz) Герман Фон
• Г. Г. Де-Метц Hermann von Helmholtz (1821−1891) // Вестник опытной физики и элементарной математики. — 1891. — № 128. — С. 157—165.
• Г. Г. Де-Метц Hermann von Helmholtz (1821−1891) (окончание) // Вестник опытной физики и элементарной математики. — 1891. — № 129. — С. 184—194.
• Лазарев П. П. Гельмгольц. М., 1959.- 103 с.
• David Cahan (Ed.): Hermann von Helmholtz and the Foundations of Nineteenth-Century Science. Univ. California, Berkeley 1994, ISBN 978-0-520-08334-9.
• Gregor Schiemann: Hermann von Helmholtz’s Mechanism: The Loss of Certainty. A Study on the Transition from Classical to Modern Philosophy of Nature. Dordrecht: Springer 2009, ISBN 978-1-4020-5629-1.