Герман Людвиг Фердинанд фон Гельмгольц ForMemRS ( / ˈhɛlmh oʊlts / ; нем . [ˈhɛʁ.man vɔn ˈhɛlmˌhɔlts] ; 31 августа 1821 — 8 сентября 1894) был немецким физиком и врачом , внесшим значительный вклад в несколько научных областей, в частности, в гидродинамическую устойчивость . [ 2 ] Ассоциация Гельмгольца , крупнейшая немецкая ассоциация научно-исследовательских институтов , названа в его честь. [3]
В области физиологии и психологии Гельмгольц известен своими математическими работами, касающимися глаза , теориями зрения , идеями о визуальном восприятии 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 по электродинамике , химической термодинамике и механической основе 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 , сын директора местной гимназии Фердинанда Гельмгольца, который изучал классическую филологию и философию , и был близким другом издателя и философа Иммануила Германа Фихте . На творчество Гельмгольца оказала влияние 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 его отец хотел, чтобы он изучал медицину. Гельмгольц получил докторскую степень в Медицинском хирургическом институте Фридриха Вильгельма в 1842 году и прошел годовую стажировку в больнице Шарите [4] (так как там была финансовая поддержка для студентов-медиков).
Получив основное образование в области физиологии, Гельмгольц писал на многие другие темы: от теоретической физики до возраста Земли и происхождения Солнечной системы .
Первой академической должностью Гельмгольца была должность преподавателя анатомии в Академии художеств в Берлине в 1848 году. [5] Затем он перешел на должность доцента физиологии в Прусском университете в Кенигсберге , куда был назначен в 1849 году. В 1855 году он принял должность полного профессора анатомии и физиологии в Боннском университете . Однако он не был особенно счастлив в Бонне, и три года спустя он перешел в Гейдельбергский университет в Бадене , где занимал должность профессора физиологии. В 1871 году он принял свою последнюю университетскую должность — профессора физики в Университете Фридриха Вильгельма в Берлине.
Его первое важное научное достижение, трактат 1847 года о сохранении энергии , было написано в контексте его медицинских исследований и философского бэкграунда. Его работа о сохранении энергии появилась во время изучения мышечного метаболизма . Он пытался продемонстрировать, что энергия не теряется при движении мышц, мотивируя это тем, что для движения мышц не нужны жизненные силы . Это было отказом от спекулятивной традиции натурфилософии и витализма , который в то время был доминирующей философской парадигмой в немецкой физиологии. Он работал против аргумента, продвигаемого некоторыми виталистами, что «живая сила» может питать машину бесконечно. [6]
Опираясь на более ранние работы Сади Карно , Бенуа Поля Эмиля Клапейрона и Джеймса Прескотта Джоуля , он постулировал связь между механикой , теплом , светом , электричеством и магнетизмом , рассматривая их все как проявления единой силы , или энергии в сегодняшней терминологии. Он опубликовал свои теории в своей книге Über die Erhaltung der Kraft ( О сохранении силы , 1847). [7]
В 1850–1860-х годах, опираясь на публикации Уильяма Томсона , Гельмгольц и Уильям Ренкин популяризировали идею тепловой смерти Вселенной .
Гельмгольц внес ряд вкладов в гидродинамику, включая теоремы Гельмгольца для вихревой динамики в невязких жидкостях.
Гельмгольц был пионером в научном изучении человеческого зрения и слуха. Вдохновленный психофизикой , он интересовался отношениями между измеримыми физическими стимулами и соответствующими им человеческими восприятиями. Например, амплитуда звуковой волны может изменяться, заставляя звук казаться громче или тише, но линейный шаг амплитуды звукового давления не приводит к линейному шагу воспринимаемой громкости. Физический звук должен увеличиваться экспоненциально, чтобы равные шаги казались линейными, факт, который используется в современных электронных устройствах для управления громкостью. Гельмгольц проложил путь в экспериментальных исследованиях взаимосвязи между физической энергией (физикой) и ее оценкой (психологией), имея в виду разработку «психофизических законов».
Сенсорная физиология Гельмгольца легла в основу работы Вильгельма Вундта , ученика Гельмгольца, который считается одним из основателей экспериментальной психологии . Более явно, чем Гельмгольц, Вундт описывал свои исследования как форму эмпирической философии и как изучение разума как чего-то отдельного. Гельмгольц в своем раннем отрицании натурфилософии подчеркивал важность материализма и больше сосредотачивался на единстве «разума» и тела. [8]
В 1851 году Гельмгольц произвел революцию в области офтальмологии , изобретя офтальмоскоп — инструмент, используемый для исследования внутренней части человеческого глаза . Это сделало его всемирно известным в одночасье. Интересы Гельмгольца в то время все больше сосредотачивались на физиологии чувств. Его главная 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 своей области 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. Саутхолла от имени Оптического общества Америки в 1924–1925 годах. Его теория аккомодации оставалась неоспоримой вплоть до последнего десятилетия XX века.
Гельмгольц продолжал работать в течение нескольких десятилетий над несколькими изданиями справочника, часто обновляя свою работу из-за своего 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, находясь 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. [9] Он использовал недавно препарированный седалищный нерв лягушки и икроножную мышцу, к которой он крепился. Он использовал гальванометр в качестве чувствительного прибора для измерения времени, прикрепив зеркало к игле, чтобы отражать световой луч через комнату на шкалу, что давало гораздо большую чувствительность. [9] Гельмгольц сообщил [10] [11] о скоростях передачи в диапазоне 24,6–38,4 метра в секунду. [9]
В 1863 году Гельмгольц опубликовал «Ощущения тона» , еще раз продемонстрировав свой интерес к физике восприятия. Эта книга оказала влияние на музыковедов в двадцатом веке. Гельмгольц изобрел резонатор Гельмгольца для определения различных частот или тонов чистых синусоидальных компонентов сложных звуков, содержащих несколько тонов . [12]
Гельмгольц показал, что различные комбинации резонаторов могут имитировать гласные звуки: Александр Грэхем Белл , в частности, интересовался этим, но, не умея читать по-немецки, неверно истолковал диаграммы Гельмгольца, как означающие, что Гельмгольц передавал несколько частот по проводам, что позволяло мультиплексировать телеграфные сигналы, тогда как на самом деле электрическая энергия использовалась только для поддержания движения резонаторов. Белл не смог воспроизвести то, что, по его мнению, сделал Гельмгольц, но позже сказал, что если бы он умел читать по-немецки, он бы не изобрел телефон на принципе гармонического телеграфа . [13] [14] [15] [16]
.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 основано на третьем немецком издании 1870 года; второе английское издание Эллиса было основано на четвертом немецком издании 1877 года и опубликовано в 1885 году; третье и четвертое английские издания 1895 и 1912 годов были перепечатками второго). [17]
Гельмгольц изучал явления электрических колебаний с 1869 по 1871 год, и в лекции, прочитанной в Naturhistorisch-medizinischen Vereins zu Heidelberg (Естественно-историческое и медицинское общество Гейдельберга) 30 апреля 1869 года под названием « Об электрических колебаниях» , он указал, что ощутимые затухающие электрические колебания в катушке, соединенной с лейденской банкой, имеют продолжительность около 1/50 секунды. [18]
В 1871 году Гельмгольц переехал из Гейдельберга в Берлин, чтобы стать профессором физики. Он заинтересовался электромагнетизмом , и уравнение Гельмгольца названо в его честь. Хотя он не внес большого вклада в эту область, его ученик Генрих Рудольф Герц прославился как первый, кто продемонстрировал электромагнитное излучение . Оливер Хевисайд критиковал электромагнитную теорию Гельмгольца, поскольку 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. [19]
Гельмгольц колебался между эмпиризмом и трансцендентализмом в своей философии науки. [20]
Тот, кто в погоне за наукой ищет немедленной практической пользы, может быть уверен, что он ищет напрасно. — Академический дискурс (Гейдельберг, 1862) [21]
Другими учениками и научными сотрудниками Гельмгольца в Берлине были Макс Планк , Генрих Кайзер , Ойген Гольдштейн , Вильгельм Вин , Артур Кёниг , Генри Август Роуленд , Альберт А. Михельсон , Вильгельм Вундт , Фернандо Санфорд и Михаэль И. Пупин . Лео Кёнигсбергер , который был его коллегой с 1869 по 1871 год в Гейдельберге, написал его полную биографию в 1902 году.
колебание Германа фон Гельмгольца между эмпиризмом и трансцендентализмом в его философии науки в целом и в его теории восприятия в частности является широко обсуждаемой и хорошо документированной темой в истории и философии науки.
