Гельмгольц, Герман Людвиг Фердинанд

В Руниверсалис есть статьи о других людях с фамилией Гельмгольц.

Герман Людвиг Фердинанд Гельмгольц
нем. Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz
Научная сфера	физика, медицина, физиология, психология
Ученики	Н. Н. Шиллер Зигмунд Экснер
Известен как	теория цветоощущения Гельмгольца, принцип наименьшего действия
Награды и премии	Орден Максимилиана «За достижения в науке и искусстве» (Бавария) (1866) Медаль Маттеуччи (1868) Медаль Копли (1873) Фарадеевская лекция (1881) Медаль Альберта (Королевское общество искусств) (1888)

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.

Г. Гельмгольц на почтовой марке ГДР, посвящённой 250-летию Немецкой академии наук. 1950 год.

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 ([math]\displaystyle{ F=U-TS }[/math], где [math]\displaystyle{ U }[/math] есть внутренняя энергия, [math]\displaystyle{ S }[/math] — энтропия, [math]\displaystyle{ T }[/math] — 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.
• О сохранении силы. — М.—Л. : ГТТИ, 1934. (On the Conservation of Force (1847))
• О фактах, лежащих в основании геометрии. // Об основаниях геометрии. — М.: ГТТИ, 1956. — С. 366—382.
• Основы вихревой теории. — М.: ИКИ, 2002.
• Скорость распространения нервного возбуждения. — 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 — [math]\displaystyle{ \mathcal F = U - TS }[/math], где [math]\displaystyle{ U }[/math] — внутренняя энергия, [math]\displaystyle{ T }[/math] — абсолютная температура, [math]\displaystyle{ S }[/math] — энтропия.
• Уравнение Гельмгольца
• Гельмгольциан
• Уравнение вихря
• Музыкальная психология

Литература

• Гельмгольц, Герман-Людвиг-Фердинанд // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
• Гельмгольц (helmholtz) Герман Фон Архивная копия от 29 июля 2013 на Wayback Machine
• Г. Г. Де-Метц. Hermann von Helmholtz (1821—1891) // В.О.Ф.Э.М. — 1891. — № 128. — С. 157—165.
• Г. Г. Де-Метц. Hermann von Helmholtz (1821—1891) (окончание) // 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.