Герман Людвиг Фердинанд фон Гельмгольц [а] (31 августа 1821 - 8 сентября 1894) был немецким физиком и врачом , внесшим значительный вклад в несколько научных областей, особенно в гидродинамическую стабильность . [2] В его честь названа Ассоциация Гельмгольца , крупнейшая немецкая ассоциация исследовательских учреждений . [3]
В области физиологии и психологии Гельмгольц известен своей математикой, касающейся глаза , теориями зрения , идеями зрительного восприятия пространства, исследованиями цветового зрения , ощущением тона, восприятием звука и эмпиризмом в физиологии восприятия. . В физике он известен своими теориями сохранения энергии и двойного электрического слоя , работами в области электродинамики , химической термодинамики и механическими основами термодинамики . Как философ он известен своей философией науки , идеями о связи между законами восприятия и законами природы , наукой эстетики и идеями о цивилизующей силе науки.
Гельмгольц родился в Потсдаме в семье директора местной гимназии Фердинанда Гельмгольца, изучавшего классическую филологию и философию и близкого друга издателя и философа Иммануила Германа Фихте . На творчество Гельмгольца повлияла философия Иоганна Готлиба Фихте и Иммануила Канта . Он пытался проследить их теории в эмпирических вопросах, таких как физиология .
В молодости Гельмгольц интересовался естественными науками, но отец хотел, чтобы он изучал медицину. Гельмгольц получил докторскую степень в Медицинско-хирургическом институте Фридриха-Вильгельма в 1842 году и прошел годичную стажировку в больнице Шарите [4] (поскольку там оказывалась финансовая поддержка студентам-медикам).
Получив образование в основном в области физиологии, Гельмгольц писал на многие другие темы, начиная от теоретической физики и заканчивая возрастом Земли и происхождением Солнечной системы .
Первой академической должностью Гельмгольца была должность преподавателя анатомии в Академии художеств в Берлине в 1848 году . В 1855 году он получил должность полного профессора анатомии и физиологии в Боннском университете . Однако он не был особенно счастлив в Бонне, и три года спустя он перевелся в Гейдельбергский университет в Бадене , где работал профессором физиологии. В 1871 году он принял свою последнюю университетскую должность профессора физики в Университете Гумбольдта в Берлине.
Его первое важное научное достижение — трактат о сохранении энергии 1847 года — было написано в контексте его медицинских исследований и философского образования. Его работа по сохранению энергии возникла во время изучения мышечного метаболизма . Он пытался продемонстрировать, что при движении мышц не теряется энергия, мотивируя это тем, что для движения мышц не требуется никаких жизненных сил . Это был отказ от спекулятивной традиции натурфилософии, которая в то время была доминирующей философской парадигмой в немецкой физиологии.
Опираясь на более ранние работы Сади Карно , Бенуа Поля Эмиля Клапейрона и Джеймса Прескотта Джоуля , он постулировал взаимосвязь между механикой , теплом , светом , электричеством и магнетизмом , рассматривая их всех как проявления единой силы , или энергии в сегодняшней терминологии. Свои теории он опубликовал в книге «Über die Erhaltung der Kraft» ( «О сохранении силы» , 1847). [6]
В 1850-х и 60-х годах, опираясь на публикации Уильяма Томсона , Гельмгольца и Уильяма Рэнкина популяризировали идею тепловой смерти Вселенной .
В гидродинамику Гельмгольц внес несколько вкладов, в том числе теоремы Гельмгольца для вихревой динамики в невязких жидкостях.
Гельмгольц был пионером в научном изучении человеческого зрения и слуха. Вдохновленный психофизикой , он интересовался взаимосвязями между измеримыми физическими стимулами и соответствующими им человеческими восприятиями. Например, амплитуду звуковой волны можно изменять, в результате чего звук будет казаться громче или тише, но линейный скачок амплитуды звукового давления не приводит к линейному скачку воспринимаемой громкости. Физический звук необходимо увеличивать экспоненциально, чтобы равные шаги казались линейными, и этот факт используется в современных электронных устройствах для управления громкостью. Гельмгольц положил начало экспериментальным исследованиям связи между физической энергией (физика) и ее восприятием (психология), имея в виду разработку «психофизических законов».
Сенсорная физиология Гельмгольца легла в основу работ Вильгельма Вундта , ученика Гельмгольца, считающегося одним из основоположников экспериментальной психологии . Более четко, чем Гельмгольц, Вундт описал свои исследования как форму эмпирической философии и как исследование разума как чего-то отдельного. Гельмгольц в своем раннем отказе от натурфилософии подчеркивал важность материализма и больше сосредотачивался на единстве «разума» и тела. [7]
В 1851 году Гельмгольц произвел революцию в области офтальмологии , изобретя офтальмоскоп ; инструмент, используемый для исследования внутренней части человеческого глаза . Это в одночасье сделало его всемирно известным. Интересы Гельмгольца в это время все больше сосредотачивались на физиологии чувств. Его основная публикация под названием Handbuch der Physiologischen Optik ( «Справочник по физиологической оптике» или «Трактат по физиологической оптике» ; английский перевод 3-го тома здесь) представила эмпирические теории восприятия глубины , цветового зрения и восприятия движения и стала фундаментальным справочным трудом в его поле во второй половине девятнадцатого века. В третьем и последнем томе, опубликованном в 1867 году, Гельмгольц описал важность бессознательных выводов для восприятия. Handbuch был впервые переведен на английский язык под редакцией Джеймса П.К. Саутхолла от имени Оптического общества Америки в 1924–1925 годах. Его теория аккомодации не подвергалась сомнению до последнего десятилетия 20-го века.
Гельмгольц продолжал работать в течение нескольких десятилетий над несколькими изданиями справочника, часто обновляя свою работу из-за спора с Эвальдом Герингом , который придерживался противоположных взглядов на пространственное и цветовое зрение. Этот спор разделил дисциплину физиологии во второй половине 1800-х годов.
В 1849 году в Кенигсберге Гельмгольц измерил скорость, с которой сигнал передается по нервному волокну. В то время большинство людей считало, что нервные сигналы передаются по нервам неизмеримо быстро. [8] Он использовал недавно рассеченный седалищный нерв лягушки и икроножную мышцу, к которой он прикреплялся. Он использовал гальванометр в качестве чувствительного устройства измерения времени, прикрепив к игле зеркало, чтобы отражать луч света через комнату на шкале, которая давала гораздо большую чувствительность. [8] Гельмгольц сообщил [9] [10] скорость передачи данных в диапазоне 24,6 – 38,4 метров в секунду. [8]
В 1863 году Гельмгольц опубликовал «Ощущения тона» , еще раз продемонстрировав свой интерес к физике восприятия. Эта книга оказала влияние на музыковедов двадцатого века. Гельмгольц изобрел резонатор Гельмгольца для определения различных частот или высоты чистых синусоидальных компонентов сложных звуков, содержащих несколько тонов . [11]
Гельмгольц показал, что различные комбинации резонаторов могут имитировать гласные звуки: Александр Грэм Белл, в частности, интересовался этим, но, не умея читать по-немецки, неправильно истолковал диаграммы Гельмгольца как означающие, что Гельмгольц передавал несколько частот по проводам, что позволило бы мультиплексировать телеграфные сигналы, тогда как на самом деле электроэнергия использовалась только для поддержания движения резонаторов. Беллу не удалось воспроизвести то, что, по его мнению, сделал Гельмгольц, но позже он сказал, что, если бы он умел читать по-немецки, он бы не изобрел телефон на принципе гармонического телеграфа . [12] [13] [14] [15]
.jpg/1280px-Ludwig_Knaus_-_Der_Physiker_Hermann_von_Helmholtz_(1881).jpg)
Перевод Александра Дж. Эллиса был впервые опубликован в 1875 году (первое английское издание было из третьего немецкого издания 1870 года; второе английское издание Эллиса из четвертого немецкого издания 1877 года было опубликовано в 1885 году; третье и четвертое английские издания 1895 и 1912 годов были переиздание второго). [16]
Гельмгольц изучал явления электрических колебаний с 1869 по 1871 год и в лекции, прочитанной в Naturhistorisch-medizinischen Vereins zu Heidelberg (Ассоциация естествознания и медицины Гейдельберга) 30 апреля 1869 года под названием «Об электрических колебаниях» , он указал, что ощутимые затухающие электрические колебания Колебания в катушке, соединенной с лейденской банкой, имели длительность около 1/50 секунды. [17]
В 1871 году Гельмгольц переехал из Гейдельберга в Берлин, чтобы стать профессором физики. Он заинтересовался электромагнетизмом , и в его честь названо уравнение Гельмгольца . Хотя он и не внес большого вклада в эту область, его ученик Генрих Рудольф Герц прославился как первый, кто продемонстрировал электромагнитное излучение . Оливер Хевисайд раскритиковал электромагнитную теорию Гельмгольца за то, что она допускала существование продольных волн . Основываясь на работе над уравнениями Максвелла , Хевисайд заявил, что продольные волны не могут существовать в вакууме или однородной среде. Однако Хевисайд не заметил, что продольные электромагнитные волны могут существовать на границе или в замкнутом пространстве. [18]
Гельмгольц колебался между эмпиризмом и трансцендентализмом в своей философии науки. [19]
Тот, кто, занимаясь наукой, ищет непосредственной практической пользы, может быть уверен, что его поиски тщетны. - Академический дискурс (Гейдельберг, 1862 г.) [20]
Среди других студентов и научных сотрудников Гельмгольца в Берлине были Макс Планк , Генрих Кайзер , Ойген Гольдштейн , Вильгельм Вен , Артур Кениг , Генри Огастес Роуланд , Альберт А. Михельсон , Вильгельм Вундт , Фернандо Сэнфорд и Майкл И. Пупин . Лео Кенигсбергер , который был его коллегой в Гейдельберге в 1869–1871 годах, написал его полную биографию в 1902 году.
Своеобразные колебания Германа фон Гельмгольца между эмпиризмом и трансцендентализмом в его философии науки вообще и в его теории восприятия в частности являются широко обсуждаемой и хорошо документированной темой в истории и философии науки.
