Narození |
31. srpna 1821 Potsdam ( Pruské království ) |
---|---|
Smrt |
8. září 1894 Berlin-Charlottenburg ( German Empire ) |
Státní příslušnost | Království Pruska |
Oblasti | Fyzika , fyziologie |
Instituce |
University of Königsberg University of Heidelberg University of Berlin University of Bonn |
Diplom | Medicinisch -irurgisches Friedrich-Wilhelm-Institut |
Známý pro |
Volná energie Helmholtzova rovnice Helmholtzova rovnice (mechanika tekutin) Lagrange-Helmholtzův invariant |
Ocenění | Copley Medal , Faraday Lectureship |
Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz je pruský vědec ( fyziolog a fyzik ) , narozen dne31. srpna 1821v Postupimi a zemřel v Berlíně-Charlottenburgu v roce 1894 . Zejména významně přispěl ke studiu vnímání zvuků a barev a také k termodynamice .
Hermann Helmholtz byl nejstarším synem středoškolského učitele z Postupimi. Stav jeho rodičů, který mu nedovolil pokračovat ve studiu fyziky, se zapsal na Frédéric-Guillaumeovu školu vojenského lékařství pod vedením Johannesa Müllera, kde by se po výběrovém řízení mohl stát úředníkem: je to stejně dobře jako on byl vojenským lékařem v letech 1843 až 1848 přidělen k posádce Postupimi.
Stal se členem právě vytvořené Physikalische Gesellschaft v Berlíně a nejprve zde působil jako reportér vědeckých publikací, kde bylo mnoho matematických článků. Během těchto čtení vyvinul zvláštní zájem o otázku existence „ vitální síly “ ( Lebenskraft, srov. Níže ).
V roce 1848 dostal Helmholtz katedru anatomie na Akademii výtvarných umění v Berlíně a následující rok katedru fyziologie na univerzitě v Kœnigsberg , kde se okamžitě oženil. Právě tam vynalezl oftalmoskop , nástroj, který umožňuje vyšetření sítnice in vivo . Poté byl jmenován profesorem anatomie a fyziologie v Bonnu (1855), poté profesorem fyziologie v Heidelbergu (1858), kde poté, co se stal vdovcem, znovu oženil. V roce 1871 získal katedru fyziky na univerzitě v Berlíně a v roce 1888 předsedal první německé kanceláři pro váhy a míry, Physikalisch-Technische Reichsanstalt , kterou si udržel až do své smrti.
„Jeho učení ho nudilo stejně jako nás,“ napsal bývalý žák, fyzik Max Planck , který se stal jeho kolegou a převzal vedení teoretické fyziky v Berlíně: více než profesora si vážil člověka i vědce .
Helmholtz žil v době příznivé pro rozvoj experimentování díky arzenálu stále konkrétnějších a přesnějších nástrojů, které rozšiřují, množí, zesilují a urychlují pohled vědců na podstatu jevů (a v tomto přesném případě zvukových jevů), aby zdůraznili vysvětlení určitých pozorování: technika umožnila objektivně přepsat nevysvětlitelné jevy; akustika tedy značně pokročila a Helmholtz založil fyziologickou optiku a psychofyziku .
Otázka existence „vitální síly“ ( Lebenskraft ), která pak hojně živila debaty mezi fyziology a chemiky, inspirovala jeho první publikovanou esej: „O ochraně energie“ ( Über die Erhaltung der Kraft , 1847), kde zobecňuje na celou fyziku zákon zachování energie, který již formulovali Robert-Mayer a Joule, a dává jí dokonalejší matematickou formu: definuje tak potenciální energii . Ten dále ukazuje, že Lenz-Faradayova zákona je forma na principu o zachování energie , pokud pro mobilní obvod, magnetický tok, který má podobu mechanickou práci, je přímo úměrná elektromotorické síly: tedy, stejně jako Joule Pokud byla zavedena přeměna mechanické práce na teplo, rovná se elektrická energie v indukovaném obvodu práci potřebné k pohybu obvodu v magnetickém poli. Helmholtz také demonstruje, že můžeme odvodit princip zachování energie z interakce mezi atraktivními a odpudivými částicemi, se zákonem síly, který závisí pouze na vzájemné vzdálenosti částic; ale matematické a mikromechanika zdůvodnění tohoto principu ztratil hodně důležité, že měl v polovině XIX th století , kdy bylo jasné, (životnost Helmholtz hmota) existuje v přírodě, jak Faraday předvídal, mnoho dalších sil, než je centrální .
Helmholtzův vědecký talent byl způsoben jeho znalostí nejrůznějších oblastí poznání, což mu na první pohled umožnilo pochopit danou problematiku a efektivně se orientovat ve výzkumu. Aby rozvinul takovou univerzálnost ve svých spisech, kde rozšiřoval a prohluboval dosud rozptýlené znalosti nahromaděné před ním, musel mít na paměti vztahy mezi různými exaktními vědami. Ani on nebyl zbaven matematického talentu: to je patrné ze způsobu, jakým převáděl do parciálních diferenciálních rovnic hydrodynamiky řadu klasických případů vířivých pohybů a trysek, které, pokud nebyly, nebyly nové, dosud nebyly matematicky popsány, a z nichž člověk ani netušil, že je lze odvodit ze základních principů klasické mechaniky tekutin . Jeho matematická formulace toků ukázala mnohem lépe než jakýkoli popis zkušenosti nebo první Newtonova pozorování konkrétní a charakteristické aspekty těchto jevů a velmi jednoduchost jejich vzniku.
Helmholtzův zvláštní dar objevovat nové fyzikální procesy prostřednictvím již známých zkušeností se odráží v jeho prvních intuicích o elektrickém záření, 6 let před Kelvinovou matematickou analýzou slavných Faradayových experimentů a 10 let před tím, než je ve skutečnosti detekována, nebo v demonstraci přímočarého šíření kosmických paprsků, 3 roky před objevením rentgenových paprsků a 20 let před účinným měřením jejich frekvence.
Nakonec Helmholtz díky své proslulosti přinesl veřejnosti několik populárních knih, jako je jeho „Fyziologická optika“ (kde uvádí „ Lagrangeův-Helmholtzův zákon “) nebo „Fyziologické příčiny hudební harmonie“, které se odrážely v zájmu jeho současníci pro vztah mezi uměním a smysly, a ve kterém neváhal zaujmout stanovisko k Aristotelovým myšlenkám. Helmholtz proto provedl experimenty, které se týkaly vnímání s fyzickými veličinami.
Elektrofyziologie V návaznosti na Besselovy studie osobní rovnice měří Helmholtz rychlost nervového impulsu, protože do té doby převládá názor, že nervové vjemy jsou okamžité nebo tak krátké, že unikají všem měřením. V letech 1845 až 1850 podnikl řadu experimentů, a tak zjistil, že se tento příliv šířil rychlostí 25 m / s . Fyziologická optika Jeho třídílný manuál fyziologické optiky , uznávaný jako průkopnická práce v této oblasti, představuje jeho práci v oblasti lidského vidění . Vypracoval hypotézu Thomase Younga , podle níž je vnímání barvy způsobeno přítomností tří typů receptorů na sítnici , kterou experimentálně ověřil v roce 1859. Toto vysvětlení vizuálního vnímání je známé jako Youngova teorie - Helmholtz . Psychoakustika Je autorem fyziologické teorie hudby , která bude odkazovat v průběhu první poloviny XX -tého století. Jeho spisy způsobily revoluci v akustice a hlavně v hudební akustice .Helmholtz rozvíjí sémiotické teorie o vnímání, podle kterého budeme interpretovat naše pocity jako znamení vnějších objektů, které je způsobují. Tento přístup je inspirován empirickými teoriemi vyvinutými zejména Johnem Lockem , ale především teorií specifických nervových energií Johannesa Müllera : vlastnosti vnějších věcí jsou pouze síly schopné v nás vytvářet určité dojmy bez našeho bytí. Je možné určit zda jsou tyto účinky podobné tomu, co je způsobuje.
" Dojmy vyvolané na našich smyslech nazýváme vjemy, pokud se nám zdají jen jako konkrétní stavy našeho těla (zejména našeho nervového aparátu); naopak jim dáme název vnímání , když se používají k vytváření reprezentací vnějších objektů “
- Fyziologická teorie hudby
Z této nové vědecké metody extrapoluje úvahy o vnímání konsonance a disonance. Jeho hledání fyzických základů vnímání ho vedlo k tomu, že předpokládal fyzický charakter s pocitem disonance, což by bylo způsobeno tokem úderů mezi harmonickými: sedmý by byl například nesouladný ve vztahu druhého k harmonické.
Ale rozšíření teorie rezonátorů na analogie mezi 24 000 vlákny bazilární membrány a přibližně 20 000 Hz sluchové oblasti by předpokládalo přiměřenost mezi dvěma body mezi selektivním působením rezonancí orgánů vnímání a model rezonátorů vyvinutý společností Helmholtz. Takové rozšíření však loví pro svou příliš velkou jednoduchost. Vlákna, která tvoří bazilární membránu, nejsou ani dostatečně pružná, ani dostatečně volná, aby se dokázala disociovat, a každá samostatně tvoří rezonátor. Navíc jemnost našeho slyšení (Weaver připustí možnost rozlišit až 64 různých výšek v půltónu kolem 1000 Hz ) nepředstavitelně znásobuje počet požadovaných rezonátorů , a maří teorii „bodové“ lokalizace vnímaných výšek. Novější hudební výzkum se proto zaměří na měření těchto diferenciálních „kvant“ našeho vnímání .
Jeho teorie také předpokládá, že vlasové buňky ve vnitřním uchu jsou pouhými operátory. Jako jediná je zapojena bazilární membrána. Tento předpoklad byl zrušen v roce 1948 Goldovou teorií .
Dlužíme Georgovi von Békésymu za to, že prokázal, že Helmholtz pochybil, když se domníval, že bazilární membrána přítomná v hlemýždě fungovala podle rezonátorového režimu. Békésy zvolil model, kde části membrány určují vnímání výšek zvuku.
Helmholtz byl oceněn Copley medaile v roce 1873 a Faraday docentura na Royal Society of Chemistry v roce 1881.
Na jeho počest je jmenován největší německý výzkumný ústav, Helmholtz-Gemeinschaft .
Od té doby 31. srpna 1891(oslava 70 -tého výročí fyzika), berlínská Akademie věd ocenění každé dva roky Helmholtz medaile, která rozpoznává akademické autory významných pokroků v přírodních vědách, inženýrství, lékařství a epistemologie . V poslední době korunovala výzkum v psychologii a sociologii. Prvními laureáty v roce 1892 byli Emil du Bois-Reymond a Helmholtz sám.
Ve svém předjímající román Brave New World , Aldous Huxley se rozhodli pojmenovat Helmholtz jednu z hlavních postav.