Гельмгольц: хто раз був у зіткненні з першокласною людиною, той переживе найцікавіше, що може дати життя
Герман Людвіг Фердинанд фон Гельмгольц народився 31 серпня 1821 в Потсдамі, поблизу Берліна, де його батько, Фердинанд Гельмгольц, служив учителем гімназії; мати його Кароліна, уроджена Пенн, походила з англійської сім'ї, що переселилася до Німеччини. Герман фон Гельмгольц отримав початкову освіту в Потсдамській гімназії, та старанно займався у домашній фізичній лабораторії Густава Магнуса. А потім, за бажанням батька, у 1838 році поступив у королівський військово-медичний інститут Фрідріха Вільгельма, на хірургічне відділення, для вивчення медицини. Іншим вчителем Гельмгольца у Берліні був Йоганн Мюллер. (Багато пізніше 2 листопада 1871, на вшануванні Гельмгольца з нагоди його сімдесятиріччя він виголосив промову, в якій охарактеризував свій науковий шлях. Він вказав, що під впливом Йоганна Мюллера зацікавився питанням про загадкову теорію життєвої сили). Розмірковуючи над цією проблемою, Гельмгольц в останній рік студентства прийшов до висновку, що теорія життєвої сили “приписує кожному живому тілу властивості так званого perpetuum mobile”. Гельмгольц був знайомий з проблемою вічного двигуна зі шкільних років, а в студентські роки “у вільні хвилини ... розшукував і переглядав твори Данила Бернуллі, Даламбера та інших математиків минулого століття”. “Таким чином, я, - говорив Гельмгольц, - натрапив на питання:" Яке відношення має існувати між різними силами природи, якщо прийняти, що perpetuum mobile взагалі неможливий? "- І далі:"Чи виконуються в дійсності всі ці відношення?”. Під впливом знаменитого фізіолога Йоганна Мюллера, Гельмгольц присвятив себе вивченню фізіології. Прослухавши весь курс інституту у 1842 році захистив докторську дисертацію, присвячену будові нервової системи. У цій роботі двадцятидворічний лікар вперше довів існування цілісних структурних елементів нервової тканини, які отримали пізніше назву нейронів. Обов'язковою для випускників королівського медико-хірургічного інституту була восьмирічна військова служба, яку Гельмгольц проходив з 1843 року у Потсдамі, як військовий лікар. Так почався службовий шлях Гельмгольца. Жив він у казармі і вставав о п'ятій годині ранку за сигналом кавалерійської труби. Але ескадронний хірург гусарського полку знаходив час і для занять наукою. Науковий розвиток Гельмгольца відбувався, таким чином, у сприятливій обстановці підвищеного інтересу до природознавства. Вже у першому томі “Успіхів фізики, 1845”, що вийшов у Берліні у 1847 році, був надрукований огляд, виконаний Гельмгольцем з теорії фізіологічних теплових явищ. У 1845 році він їде до Берліна для підготовки до державних іспитів на звання лікаря. У своїх перших наукових роботах при вивченні процесів бродіння і теплоутворення у живих організмах Гельмгольц приходить до формулювання закону збереження енергії. 23 липня 1847 він зробив доповідь “Про збереження сили” на засіданні Берлінського фізичного товариства. Авторитети в той час “були схильні відкидати справедливість закону; серед тієї запеклої боротьби, яку вони вели з натурфілософією Гегеля, і робота Гельмгольца була визнана за фантастику ...». Однак Гельмгольц не був самотній, його підтримала наукова молодь, і, перш за все, майбутній знаменитий фізіолог Дюбуа Реймон і молоде Берлінське фізичне товариство. Що ж стосується ставлення його до робіт попередників Майера (1842) і Джоуля (1843), то Гельмгольц неодноразово визнавав пріоритет Майера і Джоуля, підкреслюючи, проте, що з роботою Майера він не був знайомий, а роботи Джоуля знав недостатньо. На відміну від своїх попередників він пов'язує закон з принципом неможливості вічного двигуна. Матерію Гельмгольц розглядає як пасивну і нерухому. Для того щоб описати зміни, що відбуваються у світі, її треба наділити силами які притягують, так і відштовхують. “Явища природи, - говорить Гельмгольц, - повинні бути зведені до рухів матерії з незмінними рушійними силами, які залежать тільки від просторових взаємин”. Таким чином, світ, за Гельмгольцом, - це сукупність матеріальних точок, що взаємодіють один з одним з центральними силами. Сили ці консервативні, і Гельмгольц у основу свого дослідження ставить принцип збереження живої сили (Вперше у історії термін “жива сила” або “енергія” з'являється у статті Роберта Юліуса Майєра (1814-1873) “Зауваження до сили неживої природи”, яка була надрукована у 1842 році. У науку поняття “енергія” в сучасному його розумінні вводить Вільям Томсон (1824-1907, лорд Кельвін). У 1860 році, записавши таке відношення:
Е=U0+Uт+Eк+Eпі+Eпр,
де U0+Uт = Е - внутрішня теплова енергія при температурі за Кельвіном,
Eк=mv²/2 - (кінетична енергія рухомого тіла),
Eпі(потенціальна енергія тіла)=mgH,
Eпр(енергія проштовхування)=pv (р - питомий тиск ; v - питомий об’єм (об’єм 1 кг маси речовини або газу).Принцип Майера “із нічого, нічого не буває”. Гельмгольц доповнює свою думку більш конкретним прикладом, що “неможливо при існуванні будь-якої довільної комбінації тіл отримувати безперервну з нічого рушійну силу”. Принцип збереження живої сили в його формулюванні говорить: “Якщо будь-яке число рухомих матеріальних точок рухається тільки під впливом таких сил, які залежать від взаємодії точок один на одного або які спрямовані до нерухомих центрів, то сума живих сил усіх взятих разом точок залишиться одна і та ж в усі моменти часу, в які всі точки отримують ті ж самі відносні положення один по відношенню до одного і по відношенню до існуючих нерухомих центрів, які б не були їхні траєкторії і швидкості в проміжках між відповідними моментами ”. Сформулювавши цей принцип, Гельмгольц розглядає його застосування в різних конкретних випадках. Розглядаючи електричні явища, Гельмгольц знаходить вираз енергії елементарних зарядів і показує фізичне значення функції, названої Гаусовим потенціалом. Далі він обчислює енергію системи заряджених провідників і показує, що при розряді лейденських банок виділяється теплота, еквівалентна запасеної електричної енергії. Він показав при цьому, що розряд є коливальним процесом і електричні коливання “робляться все менше і менше, поки нарешті жива сила не буде знищена сумою опорів”. У 1847 році Гельмгольц пише свою знамениту книгу “Збереження сили”, у якій чітко сформулював закон збереження енергії. За рекомендацією, та практичного сприяння авторитета Олександра Гумбольдта (Олександр Гумбольдт (1769-1859) - німецький дослідник природи, географ і мандрівник, іноземний почесний член Петербурзької АН (1818)) у 1848 році Гельмгольцу дозволено передчасно залишити військову службу і повернутися у Берлін для продовження наукової роботи. Там він влаштовується на місце у Академії мистецтв, як викладач анатомії і водночас стає асистентом при анатомічному музеї. У 1849 році за рекомендацією свого вчителя, знаменитого фізіолога Йоганна Мюллера, він був запрошений на посаду професора фізіології і загальної анатомії у Кенігсберг. Він високо цінував виховний вплив свого професора-керівника Йоганна Мюллера і тримався його наукового напряму. Недарма він говорив про нього: “Хто раз був у зіткненні з першокласною людиною, у того духовний масштаб змінений назавжди - той переживе найцікавіше, що може дати життя ...”. У своїй книзі “Збереження сили” Гельмгольц, на відміну від Роберта Юліуса Майера (1814-1873), приділяє головну увагу фізиці і лише дуже побічно і стисло говорить про біологічні явища. Тим не менше саме цей твір відкрив Гельмгольцу дорогу до кафедри фізіології і загальної патології медичного факультету Кенігсберзького університету, де він у 1849 році обійняв посаду екстраординарного професора. Цю посаду Гельмгольц займав до 1855 року, коли він перейшов професором анатомії і фізіології в Бонн.
Герман Людвіг Фердинанд фон Гельмгольц - німецький фізик, лікар, фізіолог і психолог.
У книзі “Про збереження сили” (1847) він формулює закон збереження енергії точніше і детальніше, ніж Роберт Майєр у 1842 році, і тим самим вносить істотний внесок у визнання цього спірного тоді закону.
Закладає основи гідродинаміки та наукової метеорології.
У 1850 році винаходить офтальмоскоп для вивчення очного дна.
У1851 році винаходить офтальмометр для визначення радіуса кривизни очної рогівки.
У 1888 році імператор Німеччини Фрідріх III надав йому дворянський титул.
У 1891 році імператор Вільгельм II призначив його дійсним таємним радником і нагородив титулом Excellenz та орденом Чорного Орла.
У 1891 році удостоївся найвищої нагороди Франції - зірки ордена “Почесного легіону”. А міська влада Берліну обрала його своїм почесним громадянином.
У Москві ім'ям Гельмгольца названий НДІ очних хвороб на Садово-Черногрязській вулиці.У 1858 році Гельмгольц стає професором фізіології у Гейдельберзі. У Гейдельберзі очолив кафедру фізики, після смерті відомого професора фізики Густава Магнуса. Гельмгольц одержав від Магнуса у спадщину маленьку й незручну лабораторію; вона була першою в Європі по часу заснування, а він - другим за часом її керівником. Де він багато і успішно займався фізіологією зору. Ці дослідження суттєво збагатили область знання і практичну медицину. Підсумком цих досліджень стала знаменита “Фізіологічна оптика” Гельмгольца, перший випуск якої вийшов ще у 1856 році, другий - в 1860 році, а третій - у 1867 році. Око - один з чудових органів нашого тіла. Про його роботу знали і раніше, порівнювали її з роботою фотографічного апарата. Але для повного з'ясування навіть тільки фізичної сторони зору мало грубе порівняння з фотокамерою. Потрібно вирішити ряд складних завдань з галузі не тільки фізики, а й фізіології і навіть психології. Вирішувати їх доводилося на живому оці, і Гельмгольц зумів зробити це. Він побудував особливий, дивовижний по своїй простоті апарат (Офтальмометр), який дозволяв вимірювати кривизну рогової оболонки задньої і передньої поверхні кришталика. Так було вивчено заломлення променів у оці. Ми бачимо предмети забарвленими в той чи інший колір, наш зір кольоровий. Що лежить в його основі? Вивчення очей показало, що сітківка має три основних почуттєві елементи: один з них найсильніше дратується червоними променями, інший - зеленими, третій - синіми. Будь-який колір викликає більш сильне роздратування одного з елементів і більш слабке інших. Комбінації подразнень створюють всю ту гру кольорів, яку ми бачимо навколо себе. Щоб дослідити дно живого ока, Гельмгольц виготовив особливий прилад: очне дзеркало (офтальмоскоп). Цей прилад давно вже став обов'язковим спорядженням кожного очного лікаря. Гельмгольц зробив дуже багато для вивчення очей і зору: створив фізіологічну оптику - науку про око і зір. У Гейдельберзі, Гельмгольц проводив свої класичні дослідження за швидкістю поширення нервового збудження. Жаби, для експериментів, багато разів побували на лабораторному столі вченого. Він вивчав на них швидкість поширення збудження по нерву. Нерв отримував роздратування струмом, викликане подразнення досягало м'яза, і він скорочувався. Знаючи відстані між цими двома точками і різницю в часі, можна вирахувати швидкість поширення збудження по нерву. Вона виявилася зовсім невелика, всього від 30 до 100 м/с. Наче зовсім простий дослід. Він і виглядає простим тепер, коли Гельмгольц його розробив. А до нього стверджували, що виміряти цю швидкість не можна: вона є прояв таємничої “життєвої сили”, яка не піддається вимірам. Не менше Гельмгольц зробив і для вивчення слуху та вуха (фізіологічна акустика). У 1863 році вийшла його книга “Вчення про звукові відчуттях як фізіологічна основа акустики”. До досліджень Гельмгольца, пов'язаних зі слухом, у цій галузі було вивчено дуже мало.. Створивши теорію резонансу, він створив потім на її основі вчення про слухові відчуття, про наш голос, про музичні інструменти. Вивчаючи явища коливань, Гельмгольц розробив і ряд питань, що мають величезне значення для теорії музики, дав аналіз причин музичної гармонії. На прикладі Гельмгольца видно, яке величезне значення має широта кругозору вченого, багатство і різноманітність його знань і інтересів. Там же, в Гейдельберзі, вийшли його класичні роботи з гідродинаміки та основам геометрії. З березня 1871 Гельмгольц стає професором Берлінського університету. За сприяння уряду він побудував у 1877 році палац науки, іменований нині Фізичним інститутом Берлінського університету, яким керував до 1888 року. Він створює фізичний інститут, до якого приїздили працювати фізики всього світу. З переїздом до Берліна Гельмгольц присвячує себе виключно фізиці, причому вивчає її найбільш складні області: електродинаміку, в якій, виходячи з ідей Фарадея, розробляє власну теорію, потім гідродинаміку і явища електролізу у зв'язку з термохімією. Особливо чудові його роботи з гідродинаміки, розпочаті ще у 1858 році, у яких Гельмгольц дає теорію вихрового руху і течії рідини і у яких йому вдається вирішити кілька дуже важких математичних завдань. У 1882 році Гельмгольц формулює теорію вільної енергії, в якій вирішує питання про те, яка частина повної молекулярної енергії якоїсь системи може перетворитися на роботу. Ця теорія має в термохімії таке ж значення, як принцип М.С. Карно в термодинаміці. У 1883 році імператор Вільгельм жалує Гельмгольцу дворянське звання. У 1884 році Гельмгольц публікує теорію аномальної дисперсії, а трохи пізніше кілька важливих робіт з теоретичної механіки. До цього часу його роботи з метеорології відносяться, як актуальні. У 1888 році Гельмгольц призначається директором, заснованого урядового фізико-технічного інституту в Шарлотенбурзі, - центру німецької метрології, в організації якого він брав найактивнішу участь. У той же час учений продовжує читати лекції теоретичної фізики в університеті. Коли німецький Рейхстаг заснував у Шарлотенбурзі велику установу - фізико-технічне імперське відомство, то Гельмгольца призначили президентом. З тих пір він покинув фізичний інститут у Берліні, передавши керівництво професору Августу Кунштові. Став читати лекції лише теоретичного характеру. Таким чином, діяльність Гельмгольца як професора, поділяється на діяльність професора фізіолога до 1871 року і професора фізики з 1871 до 1894 року. Однак, до фізики він звертався постійно, навіть до 1871 року. Завдяки різнобічній, за характером своєї педагогічної діяльності, він подарував Європі учнів - фахівців з різних галузей природознавства. Зокрема для Росії: Н. Н. Гезехаус, А. П. Соколов, Р. А. Коллі, П. Ф. Зілов, Н. Н. Шиллер; з біологів і лікарів - професор Е. Адамюк, Микола Бакст, Л. Гіршман, І. Догель, В. Дибковский, Еммануїл-Макс Мандельштам, І. Сєченов, А. Ходін, Ф. Шереметьєвський. Е. Юнге, багато з них стали відомими у науці завдяки відомому імені Гельмгольца і заснували школи в російських університетах. Пізніше Гельмгольц формулює закони збереження енергії у хімічних процесах і вводить у 1881 році поняття внутрішньої енергії - енергії, яку необхідно підвести тілу для приведення його у термодинамічну рівновагу з навколишнім середовищем. З 1842 по 1852 займається вивченням зростання нервових волокон. Паралельно Гельмгольц активно вивчає фізіологію зору і слуху. Гельмгольц створює концепцію “несвідомих умовиводів”, згідно з якою актуальне сприйняття визначається наявними у індивіда “звичних способів”, за рахунок чого зберігається сталість видимого світу, при цьому істотну роль відіграють м'язові відчуття і рух. Він розробляє математичну теорію для пояснення відтінків звуку за допомогою гармонійних обертонів. Гельмгольц сприяє визнанню теорії трьох кольорів зору Томаса Юнга. Працівниками та учнями Гельмгольца були В. Вундт, І. М. Сєченов і Д. А. Лачінов. Встановленням законів поведінки вихорів для нев'язких рідин Гельмгольц закладає основи гідродинаміки. Математичними дослідженнями таких явищ як атмосферні вихори, грози і глетчери (льодовики). Гельмгольц закладає основи наукової метеорології. Ряд технічних винаходів Гельмгольца носить його ім'я. Котушка Гельмгольца складається з двох співвісних соленоїдів, віддалених на відстань їх радіусу і служить для створення відкритого однорідного магнітного поля. Резонатор Гельмгольца являє собою порожнисту кулю з вузьким отвором і служить для аналізу акустичних сигналів, а також при будівництві низькочастотних звукових колонок для посилення низьких частот, або навпаки, використовується для придушення небажаних частот в приміщеннях. Будучи послідовником Канта (1724-1804) та його філософії, на основі принципу специфічних енергій І. Мюллера і теорії локальних знаків Р. Г. Лот це, Гельмгольц розробляв власну теорію сприйняття, “теорію ієрогліфів”. Відповідно до цієї теорії, суб'єктивні образи не мають схожості з об'єктивними властивостями сприйняття предметів, але являють собою лише їх знаки. Для нього сприйняття уявлялося двоступінчатим процесом. В основі лежить відчуття, якість та інтенсивність якого обумовлені вродженими (апріорними) механізмами, специфічними для даного органу сприйняття. На основі цих відчуттів вже в реальному досвіді утворюються асоціації. Таким чином актуальне сприйняття визначається вже наявними в індивіда “звичних способів”. Описав на основі цієї концепції механізми сприйняття простору, в якому на перший план висувалася роль м'язових рухів. Після того як перша дружина померла, Гельмгольц одружився вдруге. Помер Гельмгольц 8 вересня 1894. Син Роберт - молодий учений фізик, який встиг отримати премію за свою роботу “Про випромінювання полум'я” помер у 1889 році.
Цитування та використання будь-яких матеріалів порталу Etar на інших сайтах дозволяється лише з гіперпосиланням: www.etar.com.ua
