Math    schooL

 

 

Герман Людвиг Фердинанд фон Гельмгольц

1821–1894

 

От его фигуры с задумчивыми глазами веяло каким-то миром, словно не от мира сего. Он производил на меня впечатление, подобное тому, какое я испытывал, глядя впервые на Сикстинскую мадонну в Дрездене, тем более что его глаза по выражению были в самом деле похожи на глаза этой мадонны. Вероятно, такое же впечатление он производил и при близком знакомстве… В Германии его считали национальным сокровищем и были очень недовольны описанием одного англичанина, что с виду Гельмгольц похож скорее на итальянца, чем на немца.

И.М. Сеченов

 

Герман Людвиг Фердинанд фон Гельмгольц (31 августа 1821 – 8 сентября 1894) – немецкий физик, математик, врач, физиолог и психолог.

Гельмгольц – считается в Германии национальным достоянием. Ему удалось стать первым врачом среди ученых и первым ученым среди врачей. Любопытный факт. Хотя Гельмгольц был так же глубок, так же широко захватывал области знания и был так же гениален в своих исследованиях как Лейбниц, он обладал плохой памятью, учился весьма посредственно и окончил гимназию с грехом пополам. Во время его учебы в гимназии никто даже подумать не мог, что он столько полезного сделает в науке!

Отец Германа Август Фердинанд Юлиус Гельмгольц получил высшее образование  в Берлинском университете, где сначала учился на теологическом факультете и занимался философией. В 1813 году, увлеченный идеей национального возрождения Германии, он вступил добровольцем в войска и, несмотря на слабое здоровье, два года провел в походах. После заключения мира он вновь поступил в университет, на сей раз на факультет филологии. Он выдержал в 1820 году специальный экзамен и получил место старшего учителя в гимназии Потсдама. В первый год своего учительства он женился на Каролине Пенн, дочери артиллерийского офицера, происходившего по женской линии из семьи Соваж, переселившейся в Германию в начале XIX века. Так что Герман Гельмгольц отчасти француз.

Герман родился 31 августа 1821 года в германском городе Потсдаме. Кроме него, в семье позже появились две девочки и мальчик. В детстве Герман рос хилым ребенком, часто и подолгу хворал. Каждая болезнь заставляла его родителей вздрагивать, опасаясь за своего первенца. Рано обнаружился и некоторый недостаток в его умственном складе: слабая память на вещи, не имеющие внутренней связи. Он с трудом различал правую и левую стороны. Позже, когда в школе изучал языки, он труднее чем другие, запоминал неправильные грамматические формы, особенно обороты речи. Историю он едва осилил, мукой было учить наизусть отрывки в прозе. Этот недостаток только усилился с годами и стал бедствием его старости. Когда в классе читали Цицерона или Вергилия, он под столом вычислял ход лучей в телескопах и уже тогда нашел некоторые оптические теоремы, о которых ничего не говорилось в учебниках.

12 сентября 1838 года Герман окончил гимназию, и встал вопрос о выборе карьеры. Из наук его более всего привлекало естествознание. Однако отсутствие необходимых средств для того, чтобы посвятить себя чистой науке, заставило отца Германа отсоветовать сыну идти на естественный факультет, и Герман решился посвятить себя изучению медицины как области, которая может помочь ему так устроиться в будущем, чтобы не прерывать своих занятий физикой и математикой.

Семнадцатилетний студент в первом семестре изучает физику, химию и анатомию. Кроме этих главных предметов, он за первый год прослушал логику, историю, латинский и французский языки. Свободное время в течение каникул и праздников Герман посвящал чтению Гомера, Байрона, Био и Канта. Герману повезло с преподавателем физиологии Иоганнесом Мюллером, светилом немецкой физиологической науки. Во втором семестре под влиянием своего знаменитого учителя Герман заинтересовался физиологией и гистологией. Учеников Мюллера объединяло одинаковое стремление связать физику с физиологией и найти для их обоснования более прочный фундамент. Герман значительно превосходил своих друзей в знании математики, которая давала ему возможность точно «формулировать задачи и давать методом их решения правильное направление».

Работа Германа в лаборатории Мюллера, начатая блестяще в студенческие годы и захватившая его, была осенью 1842 года прервана практической работой в качестве хирурга в военном госпитале Шаритэ в Берлине, продолжавшаяся целый год и отнимавшая у него ежедневно время от 7 утра до 8 вечера. Тем не менее 2 ноября 1842 года Герман защитил докторскую диссертацию на латинском языке «О строении нервной системы беспозвоночных».

По окончании института Гельмгольц направляется в больницу Шаритэ ординатором. Одновременно он трудится в домашней лаборатории Густава Магнуса (1802-1870), автора изданий по механике, гидродинамике, теплоте и т.п. Гельмгольцу предстояла семилетняя отработка стипендии в качестве военного врача. Ему удалось устроиться в Потсдаме, недалеко от Берлина: в октябре 1843 года он служил эскадронным хирургом королевского лейб-гвардии гусарского полка. Живет Гельмгольц в казарме, встает, как все, в пять часов утра по сигналу кавалерийской трубы. Несмотря на все неудобства казарменного быта, он умудряется устроить маленькую физико-физиологическую лабораторию и в 1845 году произвести свои опыты относительно расхода веществ при мышечной работе, для чего Дюбуа-Реймон передал ему портативные весы.

В этом же году физики и химики, работавшие в лаборатории Магнуса, образовали физическое общество, куда приняли молодого Гельмгольца. В июле того же года Гельмгольц сделал составивший эпоху доклад в физическом обществе «О сохранении силы». Он пытался опубликовать эту гениальную работу в научном журнале, но ее не оценили, тогда он издал ее в 1847 году отдельной книгой. Итак, Гельмгольц математически обосновал провозглашенный еще в XVIII веке Ломоносовым закон сохранения энергии, показав его всеобщий характер, и применил этот закон в физиологии. Он объединил этой работой физические, химические и биологические науки, которым принцип сохранения энергии дал прочную основу и положил основание всемирной известности Гельмгольца.

Труды Гельмгольца в области физиологии посвящены изучению нервной и мышечной систем. Он обнаружил и измерил теплообразование в мышце термоэлектрическим методом (1845-1847) и, пользуясь им же разработанной графической методикой, детально изучил процесс мышечного сокращения (1850-1854) в опытах на лягушке. В частности Гельмгольц установил, что скорость распространения возбуждения по нервам оказалось равной 27 метрам в секунду. Как отличалась эта сравнительно небольшая скорость от той фантастической цифры, которую называли ученые! Предполагали, что скорость движения возбуждения по нервам равна скорости света – 300 тысяч километров в секунду!

Учение Гельмгольца о «бессознательном выводе» как операции построения образа, в которой участвует мышечное движение, наполнило эту категорию новым содержанием. Роль мышечного движения в порождении сенсорных продуктов раскрыта в учении И.М. Сеченова, от которого тянутся нити к современным воззрениям на механизм переработки сенсорной информации.

6 июня 1859 года у Гельмгольца умер отец. Эта потеря была очень тяжела, т.к. с отцом в течение всей жизни у него сложились не только близкие родственные, но и дружеские отношения.

28 декабря 1859 года скончалась Ольга Гельмгольц, жена учёного. В связи с тяжелым нервным состоянием и усталостью у Гельмгольца участились обморочные состояния, бывавшие и раньше. На его руках остались двое маленьких детей. Через год Гельмгольц женится вторично.

Работы Гельмгольца увели его далеко за пределы физиологии, поэтому нет ничего удивительного в том, что когда в апреле 1870 года, после смерти Густава Магнуса, освободилась кафедра физики в Берлинском университете, то ректор Берлинского университета, получил от министра просвещения фон Мюллера поручение пригласить на кафедру Кирхгофа или Гельмгольца. 13 февраля 1871 года, возвращаясь из путешествия по Швейцарии, Гельмгольц был приглашен в Версаль, где Вильгельм I подписал его назначение профессором физики. По этому поводу Дюбуа-Реймон, немецкий физиолог, заметил:

Произошло неслыханное дело: медик и профессор физиологии занял главную физическую кафедру Германии.

Вскоре Гельмгольца избирают профессором физики в Медико-хирургическую академию, ту академию, в которой он получил свое научное образование. Здесь, продолжая свои работы по физиологической акустике и оптике, он все более и более отходит от медицины, переходит к чисто физическим вопросам. Незадолго до этого Гельмгольц получил от Уильяма Томсона запрос, не желает ли он занять кафедру экспериментальной физики в Кембридже. Приглашение является особенно знаменательным, если учесть, что в Кембридже первым профессором физики был знаменитый Максвелл и позже наиболее крупный из современных физиков Э. Резерфорд.

Во время франко-прусской войны 1873 года Гельмгольц принимает участие в организации помощи раненым. И в этом же году на него обрушилась еще одна семейная трагедия, умерла его дочь Кэт. Гельмгольц тяжело пережил потерю родного человека. Но жизнь идет дальше. 15 октября 1877 года Гельмгольц избирается ректором Берлинского университета и тогда же публикует работу «О мышлении и медицине», представляющую глубочайший интерес до сего времени. В 1888 году его назначают президентом Физико-технологического государственного учреждения; эту должность он совмещал с профессурой по теоретической физике в университете до самой смерти. Здесь им были созданы труды по физике, биофизике, физиологии, психологии. Он разрабатывал термодинамическую теорию химических процессов, ввёл понятия свободной и связанной энергии. Заложил основы теорий вихревого движения жидкостей и аномальной дисперсии.

Ещё при изучении проблем о локализации зрительных впечатлений в поле зрения Гельмгольц пришел к выводу, что все аксиомы геометрии имеют опытное происхождение. После изучения трудов Лобачевского Гельмгольц предложил модель пространства переменной кривизны как «поля изображения выпуклого зеркала или линзы», утверждая, что опытным путем возможно выяснить форму пространства (однако в своих представлениях о пространстве Гельмгольц, в отличие от Лобачевского, следовал учению Канта в допущении «априорности пространства как формы созерцания»). В книге «Счет и измерение» Гельмгольц в качестве главной проблемы арифметики считал обоснование ее автоматической применимости к физическим явлениям. Исходя из того, что само понятие числа заимствовано из опыта, Гельмгольц считал, что действительные числа и их свойства применимы лишь именно к этим опытам, в которых изучаемые объекты не должны трансформироваться (как пошутил А.Лебег, «поместив в клетку льва и кролика, мы не обнаружим в ней позднее двух животных»). По Гельмгольцу, даже понятие равенства неприменимо автоматически к каждому опыту.

Гельмгольц доказал, что даже обычная арифметика целых чисел не может рассматриваться как априорное знание, однако, как писал М.Клайн, «хотя это открытие не поставило под сомнение приложимость математики к описанию реального мира, все же оправданием усилий математиков более не могла считаться надежда на отыскание абсолютной истины или единого закона всего сущего». Многие выдающиеся ученые-математики того времени внутренне не воспринимали устремленности своих коллег и учеников к чистой математике. Так, Л.Кронекер в письме к Гельмгольцу писал:

Ваш богатый практический опыт работы с разумными и интересными проблемами укажет математикам новое направление и придаст им новый импульс... Односторонние и интроспективные математические умозаключения приводят к областям, от которых нельзя ожидать сколько-нибудь ценных плодов.

Софус Ли усовершенствовал рассуждения Гельмгольца относительно характера римановой метрики (1890). Проблема пространства «Ли–Гельмгольца» оказалась важной во многих областях естествознания.

По Гельмгольцу математика дает не более чем логическую структуру законов физики. Еще в мемуаре «О сохранении силы» Гельмгольц давал первую математическую трактовку закона сохранения энергии, указывая на его всеобщность; был также доказан факт подчинения этому закону процессов, происходящих в живых организмах.

После работ Гельмгольца принцип наименьшего действия стал активно применяться в исследованиях по современной теории поля, квантовой электродинамики, термодинамики, оптике и других областях теоретической физики и физической химии. Гельмгольц ввел важнейшие понятия «свободная энергия» (которая способна превращаться в любые формы) и «связанная энергия» (которая способна превращаться только в тепловую форму).

Фундаментальные теоретические исследования Гельмгольца вихревого движения жидкости заложили основы гидро- и аэродинамики.

За год до своей смерти Гельмгольц отправляется на Всемирную выставку в Чикаго. Возвращаясь из путешествия по Америке, он поскользнулся, входя в каюту, и ранил голову, что имело, по-видимому, тяжелые последствия и могло послужить причиной последующего заболевания. Постепенно развился паралич движений, по-видимому, из-за продолжающего разрушать мозг кровоизлияния. Так началась болезнь и тяжелые явления, приведшие к летальному исходу. Утром 12 июля Гельмгольц вышел из дома, но идти самостоятельно уже не смог. К нему подбежал прохожий и помог привести его в комнату и уложить на диван.

Смерть Гельмгольца, всколыхнувшая весь ученый мир, наступила 8 сентября 1894 года в 1 час 11 минут после полудня на 72 году жизни.

Перед Берлинским университетом, где протекали последние годы жизни великого естествоиспытателя, был поставлен мраморный памятник Гельмгольцу.

В Москве именем Гельмгольца назван НИИ Глазных болезней.

Имя Гельмгольца носят следующие объекты естествознания:

  • резонатор Гельмгольца 
  • кольца Гельмгольца (катушки Гельмгольца)
  • теория цветоощущения Гельмгольца
  • свободная энергия Гельмгольца 
  • уравнение Гельмгольца
  • пространство Ли–Гельмгольца 

По материалам сайтов: lechebnik.info и dic.academic.ru.

 

Нам 4 года!

14 марта 2016 года сайту Математика для школы|math4school.ru исполнилось 4 года. Поскольку число 4 для нашего сайта не чужое, мы решили подвести некоторые итоги.

Новый формат главного меню

Расширены функциональные возможности главного меню.

Галерея на сайте math4school.ru
Приглашаю посетить Галерею, – новый раздел на сайте.

444 года со дня рождения Иоганна Кеплера

27 декабря 2015 года исполнилось 444 года со дня рождения Иоганна Кеплера.

Новый раздел на сайте math4school.ru

Закончена работа над новым разделом сайта Работа над ошибками.

Союз образовательных сайтов