Hermann von Helmholtz

과학이 달성할 수 있는 모든 것은 자연적이고 도덕적인 힘의 작용에 대한 완전한 지식과 완전한 이해입니다.

Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz는 여러 과학 분야에서 중요한 기여를 한 독일 물리학자이자 의사입니다. 독일 최대 규모의 연구 기관 협회인 Helmholtz Association은 그의 이름을 따서 명명되었습니다.

생리학과 심리학 분야에서 그는 눈의 수학, 시각 이론, 공간 시각 지각에 대한 아이디어, 색각 연구, 음감각, 음향 지각, 그리고 지각의 생리학에서의 경험주의로 알려져 있습니다.

물리학 분야에서 그는 에너지 보존 이론, 전자동역학 연구, 화학 열역학, 그리고 열역학의 기계적 기초로 알려져 있습니다.

철학자로서 그는 과학 철학, 지각의 법칙과 자연의 법칙 사이의 관계에 대한 아이디어, 미학의 과학, 그리고 과학의 문명화 능력에 대한 아이디어로 알려져 있습니다.

전기

초기 시절

Helmholtz는 Potsdam에서 지역 Gymnasium 교장 Ferdinand Helmholtz의 아들로 태어났습니다. Ferdinand Helmholtz는 고전 문헌학과 철학을 공부했으며 출판인이자 철학자인 Immanuel Hermann Fichte의 친한 친구였습니다. Helmholtz의 작업은 Johann Gottlieb Fichte와 Immanuel Kant의 철학의 영향을 받았습니다. 그는 생리학과 같은 경험적 문제에서 그들의 이론을 추적하려고 노력했습니다.

젊은 시절 Helmholtz는 자연 과학에 관심이 있었지만 아버지는 의학을 공부하기를 원했습니다. Helmholtz는 1842년 Medicinisch-chirurgisches Friedrich-Wilhelm-Institut에서 의학 박사 학위를 취득했으며 의과 대학생을 위한 재정적 지원이 있었기 때문에 Charité 병원에서 1년간의 인턴십을 거쳤습니다.

주로 생리학으로 훈련받은 Helmholtz는 이론 물리학부터 지구의 나이, 태양계의 기원에 이르기까지 다양한 주제에 대해 저술했습니다.

대학 직책

Helmholtz의 첫 번째 학문적 직책은 1848년 Berlin의 미술 아카데미에서 해부학 강사였습니다. 그 후 1849년에 임명된 Prussian University of Königsberg의 생리학 부교수 직책을 맡기 위해 이동했습니다. 1855년 그는 University of Bonn에서 해부학과 생리학의 정교수직을 수락했습니다. 그러나 Bonn에서 특히 행복하지 않았고 3년 후 Baden의 University of Heidelberg로 전직하여 생리학 교수로 일했습니다. 1871년 그는 Berlin의 Humboldt University에서 물리학 교수로 최종 대학 직책을 수락했습니다.

연구

역학

그의 첫 번째 중요한 과학적 업적인 1847년 에너지 보존에 관한 논문은 의학 연구와 철학적 배경의 맥락에서 저술되었습니다. 그의 에너지 보존에 대한 연구는 근육 대사를 연구하던 중에 나왔습니다. 그는 근육 운동에서 에너지가 손실되지 않음을 보여주려고 시도했으며, 이는 근육을 움직이기 위해 필요한 생명력이 없다는 함축을 동기로 하였습니다. 이는 당시 독일 생리학에서 지배적인 철학적 패러다임이었던 Naturphilosophie의 추측적 전통에 대한 거부였습니다.

Sadi Carnot, Benoît Paul Émile Clapeyron, James Prescott Joule의 이전 연구를 바탕으로 그는 역학, 열, 빛, 전기, 자기 사이의 관계를 가정했으며 이 모든 것을 단일 힘의 현현 또는 오늘날의 용어로 에너지로 취급했습니다. 그는 그의 저서 Über die Erhaltung der Kraft On the Conservation of Force, 1847에서 그의 이론을 발표했습니다.

1850년대와 1860년대에 William Thomson의 출판물을 바탕으로 Helmholtz와 William Rankine은 우주의 열사(heat death) 개념을 대중화했습니다.

유체 역학에서 Helmholtz는 비압축성 유체의 소용돌이 역학에 대한 Helmholtz 정리를 포함한 여러 기여를 했습니다.

감각 생리학

Helmholtz는 인간의 시각과 청각의 과학적 연구의 선구자였습니다. 심리물리학에 영감을 받아 그는 측정 가능한 물리적 자극과 그에 해당하는 인간 지각 사이의 관계에 관심이 있었습니다. 예를 들어, 음파의 진폭을 변화시킬 수 있으므로 음이 더 크거나 더 조용하게 들릴 수 있지만, 음압 진폭의 선형 단계는 인지된 음량의 선형 단계를 초래하지 않습니다. 동일한 단계가 선형으로 보이기 위해서는 물리적 음을 지수적으로 증가시켜야 하며, 이는 현재의 전자 장치에서 볼륨을 제어하는 데 사용됩니다. Helmholtz는 물리적 에너지 물리학과 그 평가 심리학 사이의 관계에 대한 실험 연구에서 "심리물리적 법칙"을 개발하려는 목표를 염두에 두고 길을 열었습니다.

Helmholtz의 감각 생리학은 Helmholtz의 학생인 Wilhelm Wundt의 작업의 기초였으며, Wundt는 실험 심리학의 창립자 중 한 명으로 여겨집니다. Wundt는 Helmholtz보다 더 명시적으로 그의 연구를 경험적 철학의 한 형태이자 마음을 별개의 것으로 연구하는 것으로 설명했습니다. Helmholtz는 Naturphilosophie에 대한 초기 거부에서 유물론의 중요성을 강조했으며 "마음"과 신체의 통일에 더 집중했습니다.

안광학

1851년 Helmholtz는 인간 눈의 내부를 검사하는 데 사용되는 기기인 검안경의 발명으로 안과학 분야에 혁명을 일으켰습니다. 이는 그를 하루 아침에 세계적으로 유명하게 했습니다. 그 시간의 Helmholtz의 관심은 점점 더 감각의 생리학에 집중되었습니다. Handbuch der Physiologischen Optik Handbook of Physiological Optics 또는 Treatise on Physiological Optics라고 제목 지어진 그의 주요 출판물은 깊이 지각, 색각, 움직임 지각에 대한 경험적 이론을 제공했으며 19세기 후반 그의 분야에서 기본적인 참고 자료가 되었습니다. 1867년에 발표된 세 번째이자 마지막 권에서 Helmholtz는 지각을 위한 무의식적 추론의 중요성을 설명했습니다. Handbuch은 미국 광학 학회를 대신하여 James P. C. Southall의 편집으로 1924-5년에 처음 영어로 번역되었습니다. 그의 조절 이론은 20세기의 마지막 10년까지 도전받지 않았습니다.

Helmholtz는 공간과 색각에 대한 반대 견해를 가진 Ewald Hering과의 분쟁으로 인해 작업을 자주 업데이트했기 때문에 수십 년 동안 핸드북의 여러 판을 계속 작업했습니다. 이 분쟁은 1800년대 후반 생리학 분야를 양분했습니다.

신경 생리학

1849년 Königsberg에 있던 동안 Helmholtz는 신호가 신경 섬유를 따라 전달되는 속도를 측정했습니다. 당시 대부분의 사람들은 신경 신호가 신경을 따라 측정할 수 없을 정도로 빠르게 전달된다고 믿었습니다. 그는 최근에 해부한 개구리의 좌골 신경과 그것이 부착된 송아지 근육을 사용했습니다. 그는 갈바노미터를 민감한 타이밍 장치로 사용했으며 바늘에 거울을 부착하여 빛 광선을 실 전체에 걸쳐 눈금으로 반사하여 훨씬 더 큰 민감도를 제공했습니다. Helmholtz는 24.6-38.4 미터/초 범위의 전송 속도를 보고했습니다.

음향학 및 미학

1863년 Helmholtz는 다시 한 번 지각의 물리학에 대한 관심을 보여주는 Sensations of Tone을 출판했습니다. 이 책은 20세기까지 음악학자들에게 영향을 미쳤습니다. Helmholtz는 여러 음을 포함하는 복잡한 음의 순수 사인파 성분의 다양한 주파수 또는 음정을 식별하기 위해 Helmholtz 공진기를 발명했습니다.

Helmholtz는 서로 다른 공진기 조합이 모음음을 모방할 수 있음을 보였습니다. 특히 Alexander Graham Bell이 이것에 관심을 가졌지만 독일어를 읽을 수 없어 Helmholtz의 다이어그램을 Helmholtz가 여러 주파수를 전선으로 전송했다는 의미로 잘못 해석했습니다. 이는 전신 신호의 다중화를 허용할 수 있었지만 실제로는 전기 전력이 공진기를 운동 상태로 유지하는 데만 사용되었습니다. Bell은 Helmholtz가 한 것이라고 생각하는 것을 재현하지 못했지만 나중에 독일어를 읽을 수 있었다면 조화 전신 원리에 대한 전화를 발명하는 것을 계속하지 않았을 것이라고 말했습니다.

Alexander J. Ellis의 번역은 1875년에 처음 출판되었으며 첫 영어판은 1870년의 세 번째 독일판에서 나왔습니다. Ellis의 두 번째 영어판은 1877년 네 번째 독일판에서 1885년에 출판되었습니다. 1895년과 1912년 세 번째와 네 번째 영어판은 두 번째판의 재인쇄였습니다.

전자기학

Helmholtz는 1869년부터 1871년까지 전기 진동의 현상을 연구했으며, 1869년 4월 30일 Naturhistorisch-medizinischen Vereins zu Heidelberg Natural History and Medical Association of Heidelberg에서 전한 강연에서 "On Electrical Oscillations"라는 제목으로 Leyden 항아리와 연결된 코일의 인지할 수 있는 감쇠 전기 진동이 약 1/50초 지속됨을 나타냈습니다.

1871년 Helmholtz는 Heidelberg에서 Berlin으로 이전하여 물리학 교수가 되었습니다. 그는 전자기학에 관심을 가지게 되었으며 Helmholtz 방정식은 그의 이름을 따서 명명되었습니다. 이 분야에서 주요 기여를 하지 않았지만 그의 학생 Heinrich Rudolf Hertz는 전자기 방사선을 최초로 입증한 것으로 유명해졌습니다. Oliver Heaviside는 종파의 존재를 허용했기 때문에 Helmholtz의 전자기 이론을 비판했습니다. Maxwell의 방정식에 대한 연구를 바탕으로 Heaviside는 종파가 진공이나 균질 매질에 존재할 수 없다고 발표했습니다. 그러나 Heaviside는 종파 전자기파가 경계나 밀폐된 공간에 존재할 수 있다는 점을 언급하지 않았습니다.

Helmholtz 방정식을 기반으로 하는 "Helmholtz 광학"이라는 이름의 주제도 있습니다.

인용문

과학의 추구에서 즉각적인 실용적 유용성을 추구하는 사람은 헛되이 추구한다는 것을 확신할 수 있습니다. — Academic Discourse Heidelberg 1862

학생 및 동료

Berlin에서 Helmholtz의 다른 학생 및 연구 동료는 Max Planck, Heinrich Kayser, Eugen Goldstein, Wilhelm Wien, Arthur König, Henry Augustus Rowland, Albert A. Michelson, Wilhelm Wundt, Fernando Sanford, Michael I. Pupin를 포함했습니다. Heidelberg에서 1869-1871년 그의 동료였던 Leo Koenigsberger는 1902년에 그의 정본 전기를 저술했습니다.

명예 및 유산

• 1881년 Helmholtz는 아일랜드 왕립 외과의사 대학의 명예 펠로우로 선출되었습니다.
• 1881년 11월 10일 그는 Légion d'honneur: au grade de Commandeur 또는 3단계 - 고위급을 수여받았습니다. 번호 2173.
• 1883년 Helmholtz 교수는 황제에 의해 영광을 받으며 귀족으로 승격되었습니다 또는 Adel. Adelung은 그와 그의 가족이 현재 다음과 같이 스타일링됨을 의미합니다: von Helmholtz. 이 구별은 귀족이나 칭호가 아니었지만 세습적이었고 특정한 사회적 위신을 부여했습니다.
• Helmholtz는 1884년 스코틀랜드의 엔지니어 및 조선공 기관의 명예 회원으로 수여받았습니다.
• 독일 최대 규모의 연구 기관 협회인 Helmholtz Association은 그의 이름을 따서 명명되었습니다.
• 소행성 11573 Helmholtz와 달 분화구 Helmholtz 및 화성의 분화구 Helmholtz는 그의 영예를 위해 명명되었습니다.
• Berlin의 Charlottenburg에서 거리 Helmholtzstraße는 von Helmholtz의 이름을 따서 명명되었습니다.

저작물

• On the Conservation of Force 1847 HathiTrust
• Helmholtz, Herman 1876. "On the Limits of the Optical Capacity of the Microscope". Monthly Microscopical Journal. 16: 15–39. doi:10.1111/j.1365-2818.1876.tb05606.x.
• On the Conservation of Force 1895 Introduction to a Series of Lectures Delivered at Carlsruhe in the Winter of 1862–1863, English translation
• On the Sensations of Tone as a Physiological Basis for the Theory of Music downloadable from California Digital Library Third Edition of English Translation, based on Fourth German Edition of 1877, By Hermann von Helmholtz, Alexander John Ellis, Published by Longmans, Green, 1895, 576 pages
• On the Sensations of Tone as a Physiological Basis for the Theory of Music downloadable from Google Books Fourth Edition, By Hermann von Helmholtz, Alexander John Ellis, Published by Longmans, Green, 1912, 575 pages
• Treatise on Physiological Optics 1910 three volumes. English translation by Optical Society of America 1924–25.
• Popular lectures on scientific subjects 1885
• Popular lectures on scientific subjects second series 1908