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

Член Прусской академии наук (1871; член-корреспондент с 1857) , иностранный член Лондонского королевского общества (1860) , иностранный член-корреспондент Петербургской академии наук (1868) .

Биография

Гельмгольц родился 31 августа 1821 года в Потсдаме, близ Берлина , где его отец Фердинанд Гельмгольц служил учителем гимназии; мать его Каролина, урождённая 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, 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.

В 1849 году по рекомендации своего учителя, знаменитого физиолога Иоганна Мюллера , он был приглашён 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 пришёл в соприкосновение с человеком первоклассным — у того духовный масштаб изменён навсегда, тот пережил самое интересное, что может дать жизнь…». В 1855 году переехал в Бонн , где руководил кафедрой анатомии и физиологии, с 1858 года — кафедрой физиологии в Гейдельберге .

В Гейдельберге Гельмгольц оставался до 1871 года, когда по приглашению Берлинского университета возглавил вакантную, после смерти известного профессора физики Густава Магнуса , кафедру физики. После Магнуса Гельмгольц получил в наследие маленькую и неудобную лабораторию; она была первой в Европе по времени основания, а он — вторым по времени её руководителем. В маленькой лаборатории ему было тесно и неуютно, и тогда при содействии правительства он выстроил в 1877 году дворец науки, именуемый ныне Физическим институтом Берлинского университета, которым управлял до 1888 года, когда германский Рейхстаг основал в Шарлоттенбурге большое учреждение — физико-техническое имперское ведомство ( Physicalish-Technische Reichsanstalt ) и назначил Гельмгольца его президентом. С тех пор он покинул физический институт в Берлине , передав руководство профессору Августу Кундту , а сам читал лекции лишь теоретического характера .

Таким образом, деятельность Гельмгольца как профессора разделяется на деятельность профессора физиолога до 1871 года и профессора физики с 1871 до 1894 года. Однако к физике он обращался постоянно, даже до 1871 года. Благодаря разностороннему характеру своей педагогической деятельности он подарил Европе учеников — специалистов по различным отраслям естествознания. В частности, российские: Н. Н. Гезехаус, А. П. Соколов, Р. А. Колли , П. Ф. Зилов, Н. Н. Шиллер ; из биологов и врачей — профессор Э. Адамюк , Николай Бакст , Л. Гиршман , И. Догель , В. Дыбковский , Эммануил-Макс Мандельштам , И. Сеченов , А. Ходин , Ф. Шереметьевский , Э. Юнге , из которых многие приобрели себе громкое имя в науке и основали школы в русских университетах.

В 1888 году император Германии Фридрих III возвёл его 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 удостоился высшей награды Франции — звезды ордена «Почётного легиона» . Город Берлин избрал его своим почётным гражданином .

После того как первая жена умерла, Гельмгольц женился второй раз. Сын Роберт — молодой учёный-физик, успевший получить премию за свою работу «О лучеиспускании пламени», — умер в 1889 году .

Научный вклад

В своих первых научных работах при изучении 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. 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 ( ${\displaystyle F=U-TS}$ , где ${\displaystyle U}$ есть внутренняя энергия , ${\displaystyle S}$ — энтропия , ${\displaystyle T}$ — температура ). Показав универсальность законов сохранения, не оставил места для концепций некой особой « жизненной силы », якобы управляющей организмами.

С 1842 по 1852 занимается изучением роста нервных волокон. Параллельно Гельмгольц 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 сохраняется постоянство видимого мира, при этом существенную роль играют мышечные ощущения и движения. Он разрабатывает математическую теорию для объяснения оттенков звука с помощью обертонов .

Гельмгольц способствует признанию теории трёхцветового зрения Томаса Юнга , изобретает в 1850 году офтальмоскоп для изучения глазного дна, в 1851 году — офтальмометр для определения радиуса кривизны глазной роговицы; также им был создан факоскоп — прибор для определения изменений кривизны хрусталика глаза при различных степенях аккомодации его к расстояниям. Сотрудниками и учениками Гельмгольца были В. Вундт , И. М. Сеченов и Д. А. Лачинов .

Установлением законов поведения вихрей для невязких жидкостей (1858) Гельмгольц закладывает основы гидродинамики . Математическими исследованиями таких явлений, как атмосферные вихри, грозы и глетчеры, Гельмгольц закладывает основы научной метеорологии . Кроме того, его работы помогли объяснить механизм образования и поведения морских волн. Его исследования по теории разрывных движений (1868) имели большое значение для развития аэродинамики; в 1873 году он выступил с изложением некоторых теоретических вопросов управляемого воздухоплавания.

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 создании акустических систем для усиления низких частот или наоборот — для подавления нежелательных частот в помещениях.

Много работ посвятил Гельмгольц обоснованию всеобщности принципа наименьшего действия (например, по отношению к тепловым, электромагнитным и оптическим явлениям), вскрыв также связь этого принципа со вторым началом термодинамики .

Автор ряда трудов в области физиологии — о нервной и мышечной системе. Гельмгольц обнаружил теплообразование в мышце (1845—1847), изучил процесс мышечного сокращения (1850—1854), измерил скорость распространения возбуждения в нервах (1850), определил скрытый период рефлексов (1854), сформулировал теорию аккомодации глаза (1853), разработал учение о цветовом зрении (1859—1866). В 1856 году определил возраст Земли в 22 миллиона лет.

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 лежит ощущение , качество и интенсивность которого обусловлены врождёнными (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 счёт которых сохраняется постоянство видимого мира. Описал на основе этой концепции механизмы восприятия пространства, в котором на первый план выдвигалась роль мышечных движений.

Акустика

Гельмгольц внёс значительный вклад в развитие физиологической и музыкальной акустики. Он разработал теорию акустического резонанса, решил задачу об органной трубе, построил модель уха, исследовав воздействие на него звуковых волн. В труде «Учение о слуховых ощущениях как физиологическая основа для теории музыки» (1863; русский перевод: 1875 год) исследовал натуральный звукоряд , создал резонансную теорию слуха. Гельмгольц впервые выдвинул теорию комбинационных тонов , объяснив их нелинейностью механической системы слухового аппарата, а именно барабанной перепонки . Для исследования звука (в том числе синтезирования « унтертонов ») изобрёл прибор, известный как резонатор Гельмгольца . Явление диссонанса Гельмгольц объяснял наличием биений между обертонами в созвучиях. Труд Гельмгольца оказал существенное влияние на немецкую музыкальную теорию конца XIX — первой половины XX веков ( А. фон Эттинген , Г. Риман, П. Хиндемит и др.).

Память

• Медаль Гельмгольца вручается с 1892 года.
• В 1935 году Международный астрономический союз присвоил имя Гельмгольца кратеру на видимой стороне Луны .
• Объединение имени Гельмгольца — крупнейшая научно-исследовательская организация Германии.
• Имя Гельмгольца присвоено Московскому НИИ глазных болезней .
• А. А. Фридман предложил присвоить имя Гельмгольца дифференциальному оператору « Гельмгольциан ».

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 . — 2011. — ISBN 978-5-397-01665-0 ).
• Счёт и измерение // Известия Казанского физ.-мат. об-ва. № 2 (1892). — доп. к № 3-4.
• О происхождении и значении геометрических аксиом. — СПб. , 1895.
• . — М. — Л. : ГТТИ, 1934. ( (1847))
• О фактах, лежащих в основании геометрии. // Об основаниях геометрии. — М. : ГТТИ, 1956. — С. 366—382.
• Основы вихревой теории. — М. : ИКИ, 2002.
• . — 1923.

См. также

• Институт им. Гельмгольца
• Резонатор Гельмгольца — акустический прибор, сосуд сферической формы с открытой горловиной. Изобретен Гельмгольцем около 1850 года для анализа акустических сигналов.
• Кольца Гельмгольца (катушки Гельмгольца)
• Теория цветоощущения Гельмгольца
• Свободная энергия Гельмгольца — ${\displaystyle {\mathcal {F}}=U-TS}$ , где ${\displaystyle U}$ — внутренняя энергия , ${\displaystyle T}$ — абсолютная температура , ${\displaystyle S}$ — энтропия .
• Уравнение Гельмгольца
• Гельмгольциан
• Уравнение вихря
• Музыкальная психология

Комментарии

Примечания

Литература

• // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб. , 1890—1907.
• от 29 июля 2013 на Wayback Machine
• Г. Г. Де-Метц. // В.О.Ф.Э.М . — 1891. — № 128 . — С. 157—165 .
• Г. Г. Де-Метц. // В.О.Ф.Э.М . — 1891. — № 129 . — С. 184—194 .
• Лазарев П. П. Гельмгольц. — М. , 1959. — 103 с.
• Hermann von Helmholtz and the Foundations of Nineteenth-Century Science. / Ed.: David Cahan. — 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 .

Ссылки

• Храмов Ю. А. Гельмгольц Герман Людвиг Фердинанд (Helmholtz Hermann Ludwig Ferdinand) // Физики : Биографический справочник / Под ред. А. И. Ахиезера . — Изд. 2-е, испр. и доп. — М. : Наука , 1983. — С. 79. — 400 с. — 200 000 экз.