Гельмгольц (Helmholtz), Герман Людвиг Фердинанд

Немецкий физик, математик, физиолог и психолог Герман Людвиг Фердинанд Гельмгольц родился в Потсдаме в семье учителя гимназии. В 1838 г. он окончил гимназию. Несмотря на интерес к физике, Гельмгольц не смог из-за недостатка средств поступить в университет. Подписав обязательство прослужить восемь лет военным хирургом, он был принят в Военно-медицинский институт Фридриха Вильгельма в Берлине. В 1842 г. Гельмгольц защитил диссертацию по физиологии, в 1843–1848 гг. служил военным врачом в Потсдаме. Здесь он заинтересовался физиологией, которую преподавал известный физиолог И.Мюллер, близко сошелся с молодыми исследователями Э.Дюбуа-Реймоном и Э.Брюкке, увлеченными идеей преобразования физиологии как науки путем введения в нее методов физики и химии.

В 1845 г. Гельмгольц вступил в члены Берлинского физического общества. Начиная с этого времени он стал регулярно ездить в Берлин, где проводил эксперименты в лаборатории известного физика Г.Магнуса. В 1845–1846 гг. сформировались основные идеи ученого, высказанные им в знаменитой работе «О сохранении силы», ставшей важным этапом в развитии термодинамики. 23 июля 1847 г. Гельмгольц сделал доклад по этой теме в Физическом обществе. В нем он математически обосновал закон сохранения сил (на современном научном языке – энергии), показал его универсальность, ввёл понятие потенциальной энергии (в его терминологии – силы напряжения), связал закон сохранения энергии с невозможностью построения вечного двигателя. Проанализировав большинство известных в то время физических явлений, Гельмгольц показал всеобщность этого закона, в частности то, что происходящие в живых организмах процессы также подчиняются закону сохранения энергии; это было наиболее сильным аргументом против концепции особой «живой силы», якобы управляющей организмами. Несколько ранее закон сохранения энергии сформулировал немецкий врач Ю.Р.Майер, но его работы поначалу были совершенно неизвестны физикам.

В 1848 г. Гельмгольца освобождают от военной службы, и он занимает должность экстраординарного профессора физиологии и общей патологии в университете Кёнигсберга. В 1855 г. он переходит в Боннский университет, в 1858 г. становится профессором физиологии в Гейдельберге. Все это время продолжаются его занятия физиологией. Он измеряет скорость распространения нервного импульса, изучает процесс мышечного сокращения. Гельмгольц становится первым человеком, увидевшим сетчатку глаза живого человека; для этого он использует специальное глазное зеркало – офтальмоскоп, изобретенное им в 1850 г. Его обширные исследования по физиологии зрения (теория аккомодации, цветового зрения и т.д.) были обобщены в классическом труде «Руководство по физиологической оптике» (тт. 1–3, 1856–1857). В 1856 г. исследованием комбинационных тонов начались акустические работы Гельмгольца. Он построил модель уха, позволившую изучить характер воздействия звуковых волн на орган слуха, решил задачу т.н. органной трубы, разработал теорию восприятия и издавания звуков. Кроме того, он проводит важные исследования колебания струн и акустических резонаторов (резонаторов Гельмгольца), занимается гидродинамикой вихрей, разрабатывает принцип механического подобия, позволивший объяснить ряд метеорологических явлений и механизм образования морских волн.

В 1870 г. Гельмгольца пригласили в Берлин, где возглавляемая им кафедра и лаборатория стали неформальным центром физики в Германии. В 1888 г. он возглавил Физико-технической университет, где велись как прикладные, так и фундаментальные исследования. Под руководством Гельмгольца институт превратился в крупный научный центр, куда приезжали учиться молодые физики из многих стран, в том числе и из России.

В 1870–1880 гг. Гельмгольц много занимался проблемами электродинамики, пытаясь найти критерии для выбора в пользу одной из существовавших тогда электродинамических теорий. Под его влиянием Г.Герц провел исследования, приведшие к обнаружению электромагнитных волн. Большую роль в развитии электромагнетизма сыграли и собственные опыты Гельмгольца, поставленные им еще в 1869 г. Обратив внимание на колебательный характер разряда лейденской банки, он показал, что аналогичные колебания возникают в индукционной катушке, соединенной с конденсатором (т.е. по существу создал колебательный контур, состоящий из индуктивности и ёмкости). В 1881 г. Гельмгольц выдвинул идею атомарной природы электричества, в 1882 г. сформулировал второе начало термодинамики в форме, позволяющей применять его к химическим процессам, ввел понятия свободной и связанной энергии.

Широкую известность получили учебники Гельмгольца: «Лекции по электромагнитной теории света» (1897); «Лекции по теоретической физике» (тт. 1–6, 1897–1907). Гельмгольц был членом Берлинской, Пражской, Петербургской АН, других научных обществ. Умер Гельмгольц в Берлине 8 сентября 1894 г.