Narodziny |
31 sierpnia 1821 Poczdam ( Królestwo Prus ) |
---|---|
Śmierć |
8 września 1894 Berlin-Charlottenburg ( Cesarstwo Niemieckie ) |
Narodowość | Królestwo Prus |
Obszary | Fizyka , fizjologia |
Instytucje |
Uniwersytet w Królewcu Uniwersytet w Heidelbergu Uniwersytet w Berlinie Uniwersytet w Bonn |
Dyplom | Medicinisch -irurgisches Friedrich-Wilhelm-Institut |
Znany z |
Energia swobodna Równanie Helmholtza Równanie Helmholtza (mechanika płynów) Niezmiennik Lagrange'a-Helmholtza |
Nagrody | Medal Copleya , wykład Faradaya |
Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz jest pruskim naukowcem ( fizjologiem i fizykiem ) , urodzonym dnia31 sierpnia 1821w Poczdamie i zmarł w Berlinie-Charlottenburgu w 1894 roku . W szczególności wniósł istotny wkład w badanie percepcji dźwięków i kolorów, a także w termodynamikę .
Hermann Helmholtz był najstarszym synem nauczyciela szkoły średniej z Poczdamu. Stan jego rodziców nie pozwalający mu na studia fizyczne, zapisał się do Szkoły Medycyny Wojskowej Frédéric-Guillaume pod kierunkiem Johannesa Müllera, gdzie po zawodach mógł zostać urzędnikiem państwowym: jest równie dobrze jak on. był lekarzem wojskowym od 1843 do 1848 roku, przydzielonym do garnizonu w Poczdamie.
Został członkiem nowo utworzonej Physikalische Gesellschaft w Berlinie i działał tam jako reporter publikacji naukowych, w których znajdowało się wiele artykułów matematycznych. Podczas tych czytań rozwinął szczególne zainteresowanie kwestią istnienia „ siły życiowej ” ( Lebenskraft, por . Poniżej ).
W 1848 r. Helmholtz otrzymał katedrę anatomii na Akademii Sztuk Pięknych w Berlinie, a rok później katedrę fizjologii na Uniwersytecie Królewskim , gdzie natychmiast się ożenił. To tam wynalazł oftalmoskop , instrument umożliwiający badanie siatkówki in vivo . Następnie został mianowany profesorem anatomii i fizjologii w Bonn (1855), a następnie profesorem fizjologii w Heidelbergu (1858), gdzie jako wdowiec ożenił się ponownie. W 1871 r. Objął katedrę fizyki na Uniwersytecie w Berlinie, aw 1888 r. Przewodnictwo w pierwszym niemieckim biurze Wag i Miar, Physikalisch-Technische Reichsanstalt , które pełnił aż do śmierci.
„Jego nauczanie nudziło go tak samo jak my” - napisał były student, fizyk Max Planck , który został jego kolegą, obejmując katedrę fizyki teoretycznej w Berlinie: bardziej niż profesor cenił człowieka i naukowca .
Helmholtz żył w czasach sprzyjających rozwojowi eksperymentów dzięki arsenałowi coraz bardziej specyficznych i precyzyjnych instrumentów, które rozszerzają, zwielokrotniają, wzmacniają i przyspieszają spojrzenie naukowców na naturę zjawisk (aw tym konkretnym przypadku zjawisk dźwiękowych), aby uwydatnić wyjaśnienia niektórych obserwacji: technika umożliwiła transkrypcję niewyjaśnionych zjawisk w obiektywnej formie; w ten sposób akustyka znacznie się rozwinęła i Helmholtz stworzył fizjologiczną optykę i psychofizykę .
Kwestia istnienia „siły życiowej” ( Lebenskraft ), która następnie obficie podsycała dyskusje między fizjologami i chemikami, zainspirowała jego pierwszy opublikowany esej: „O zachowaniu energii” ( Über die Erhaltung der Kraft , 1847), w którym uogólnia na całą fizykę prawo zachowania energii, sformułowane już przez Roberta-Mayera i Joule'a, nadając mu jednocześnie bardziej dopracowaną formę matematyczną: w ten sposób definiuje energię potencjalną . On dalej pokazuje, że prawo Lenz-Faradaya jest formą do zasady od zachowania energii , o ile, na obwodzie ruchomej, strumień magnetyczny, który ma postać pracę mechaniczną, jest proporcjonalna do siły elektromotorycznej: w ten sposób, tak jak Joule ustalił zamianę pracy mechanicznej na ciepło, energia elektryczna w obwodzie indukowanym jest równa pracy potrzebnej do poruszenia obwodu w polu magnetycznym. Helmholtz pokazuje również, że zasadę zachowania energii można wyprowadzić z interakcji między cząstkami przyciągającymi i odpychającymi, zgodnie z prawem siły, które zależy tylko od wzajemnej odległości cząstek; ale matematyczny i mikromechaniki Uzasadnieniem tej zasadzie stracił dużo z wagi jaką miał w połowie XIX th wieku , kiedy stało się jasne (żywotność Helmholtza materia) istnieje w naturze, jak Faraday przewidział, wiele innych sił niż centralne .
Talent naukowy Helmholtza wynikał z jego znajomości najróżniejszych dziedzin wiedzy, co pozwoliło mu na pierwszy rzut oka uchwycić problem i skutecznie ukierunkować swoje badania. Aby rozwinąć taką uniwersalność w swoich pismach, w których rozszerzał i pogłębiał wciąż rozproszoną wiedzę zgromadzoną przed nim, musiał mieć na uwadze relacje między różnymi naukami ścisłymi. Nie był też pozbawiony talentu matematycznego: widać to po sposobie, w jaki przełożył na cząstkowe równania różniczkowe hydrodynamiki szereg klasycznych przypadków ruchów wirowych i strumieni, które, jeśli nie były nowe, nie zostały dotychczas opisane matematycznie, iz którego nawet nie podejrzewano, że można je wydedukować z podstawowych zasad klasycznej mechaniki płynów . Jego matematyczne sformułowanie przepływów pokazało, znacznie lepiej niż jakikolwiek opis doświadczenia lub pierwsze obserwacje Newtona, szczególne i charakterystyczne aspekty tych zjawisk oraz samą prostotę ich pochodzenia.
Szczególny dar Helmholtza do odkrywania nowych procesów fizycznych dzięki doświadczeniom już znanym znajduje odzwierciedlenie w jego pierwszych intuicjach dotyczących promieniowania elektrycznego, 6 lat przed matematyczną analizą słynnych eksperymentów Faradaya, przeprowadzoną przez Kelvina i 10 lat przed faktem, że nie zostało ono wykryte, lub w demonstracji propagacji prostoliniowej. promieni kosmicznych, 3 lata przed odkryciem promieni rentgenowskich i 20 lat przed skutecznym pomiarem ich częstotliwości.
Wreszcie Helmholtz, dzięki swemu rozgłosowi, udostępnił publicznie kilka popularnych książek, takich jak „Fizjologiczna optyka” (w której stwierdza „ Prawo Lagrange'a-Helmholtza ”) lub „Fizjologiczne przyczyny harmonii muzycznej”, które odzwierciedlały zainteresowanie współcześni za relację między sztuką a zmysłami, w której nie wahał się przeciwstawiać idei Arystotelesa. Dlatego też Helmholtz podjął eksperymenty, które wiążą percepcję z wielkościami fizycznymi.
Elektrofizjologia W następstwie badań Bessela nad równaniem osobistym , Helmholtz mierzy prędkość impulsu nerwowego, ponieważ do tego czasu panuje opinia, że doznania nerwowe są natychmiastowe lub tak krótkie, że wymykają się wszelkim miarom. Od 1845 do 1850 roku przeprowadził serię eksperymentów i ustalił w ten sposób, że napływ ten rozprzestrzenia się z prędkością 25 m / s . Fizjologiczna optyka Jego trzytomowy Physiological Optics Manual , uznany za pionierskie dzieło w tej dziedzinie, przedstawia jego prace nad ludzkim wzrokiem . Opracował hipotezę Thomasa Younga , zgodnie z którą percepcja koloru wynika z obecności na siatkówce trzech typów receptorów , którą zweryfikował eksperymentalnie w 1859 r. To wyjaśnienie percepcji wzrokowej znane jest jako teoria Younga –Helmholtza . Psychoakustyka Jest autorem fizjologicznej teorii muzyki , która będzie odwoływać się w pierwszej połowie XX -go wieku. Jego pisma zrewolucjonizowały akustykę, a przede wszystkim akustykę muzyczną .Helmholtza rozwija semiotycznej teorii o postrzeganie według którego interpretujemy nasze odczucia jako znaki obiektow zewnętrznych, które je wywołują. Podejście to jest inspirowane empirycznymi teoriami rozwiniętymi w szczególności przez Johna Locke'a , ale przede wszystkim teorią specyficznych energii nerwowych Johannesa Müllera : właściwości rzeczy zewnętrznych są jedynie siłami zdolnymi do wywołania w nas określonych wrażeń bez naszego bytu. czy te skutki są podobne do tego, co je powoduje.
„Nazywamy wrażenia wywołane przez nasze zmysły wrażeniami, o ile wydają się nam one tylko określonymi stanami naszego ciała (zwłaszcza naszego aparatu nerwowego); wręcz przeciwnie, nadajemy im nazwę spostrzeżeń , kiedy są używane do tworzenia reprezentacji obiektów zewnętrznych ”
- Fizjologiczna teoria muzyki
Na podstawie tej nowej metody naukowej ekstrapoluje rozważania dotyczące postrzegania współbrzmienia i dysonansu. Poszukiwanie fizycznych podstaw percepcji doprowadziło go do przypuszczenia charakteru fizycznego z poczuciem dysonansu, który wynikałby z przepływu dudnień między harmonicznymi: na przykład siódma byłaby dysonansowa w stosunku sekundy do harmoniczna.1.
Ale rozszerzenie teorii rezonatorów na analogie między 24 000 włókien błony podstawnej a mniej więcej 20000 Hz obszaru słuchowego zakładałoby adekwatność punkt-punkt między selektywnym działaniem przez rezonans narządów percepcji a model rezonatorów opracowany przez Helmholtza. Jednak takie rozszerzenie łowi na zbyt dużą prostotę. Włókna tworzące membranę podstawną nie są ani wystarczająco elastyczne, ani wystarczająco swobodne, aby mogły się dysocjować i każde z nich z osobna tworzy rezonator. Ponadto finezja naszego słuchu (Weaver dopuści możliwość rozróżnienia nawet 64 różnych dźwięków w półtonie w okolicach 1000 Hz ) w niewyobrażalny sposób zwielokrotnia liczbę wymaganych rezonatorów i udaremnia teorię „punktowej” lokalizacji dostrzeganych wysokości. Nowsze badania muzyczne skupią się zatem na pomiarze tych różnicowych „kwantów” naszej percepcji .
Jego teoria zakłada również, że komórki słuchowe w uchu wewnętrznym są tylko operatorzy. Jedynie zaangażowana jest błona podstawna. Przypuszczenie to zostało obalone w 1948 roku przez teorię Golda .
Jesteśmy winni Georgowi von Békésy za wykazanie, że Helmholtz popełnił błąd, uznając, że obecna w ślimaku błona podstawna działa w trybie rezonatora. Ze swojej strony Békésy wybiera model, w którym części membrany określają percepcję wysokości dźwięku.
Helmholtz został odznaczony Medalem Copleya w 1873 roku i Faraday Lectureship z Royal Society of Chemistry w 1881 roku.
Na jego cześć nazwano największy niemiecki instytut badawczy, Helmholtz-Gemeinschaft .
Od 31 sierpnia 1891(obchody 70 XX rocznicy fizyka), berliński Akademii Nauk nagród co dwa lata Medal Helmholtza, który rozpoznaje autorów akademickich niezwykłych postępów w naturalnej nauki, inżynierii, medycynie i epistemologii . Niedawno ukoronowała badania w dziedzinie psychologii i socjologii. Pierwszymi laureatami w 1892 roku zostali Emil du Bois-Reymond i sam Helmholtz.
W swojej powieści przewidywanie Dzielny New World , Aldous Huxley postanowił nazwać Helmholtza jednego z głównych bohaterów.