Hermann von Helmholtz

Tudo que a ciência pode alcançar é um conhecimento perfeito e uma compreensão perfeita da ação das forças naturais e morais.

Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz foi um físico e médico alemão que fez contribuições significativas em vários campos científicos. A maior associação alemã de instituições de pesquisa, a Helmholtz Association, leva seu nome.

Em fisiologia e psicologia, é conhecido por sua matemática do olho, teorias da visão, ideias sobre a percepção visual do espaço, pesquisa sobre visão de cores e sobre a sensação de tom, percepção do som e empirismo na fisiologia da percepção.

Em física, é conhecido por suas teorias sobre conservação de energia, trabalhos em eletrodinâmica, termodinâmica química e sobre a fundamentação mecânica da termodinâmica.

Como filósofo, é conhecido por sua filosofia da ciência, ideias sobre a relação entre as leis da percepção e as leis da natureza, a ciência da estética e ideias sobre o poder civilizador da ciência.

Biografia

Anos iniciais

Helmholtz nasceu em Potsdam, filho do diretor do Gymnasium local, Ferdinand Helmholtz, que havia estudado filologia clássica e filosofia, e que era amigo próximo do editor e filósofo Immanuel Hermann Fichte. O trabalho de Helmholtz foi influenciado pela filosofia de Johann Gottlieb Fichte e Immanuel Kant. Ele tentou rastrear suas teorias em questões empíricas como fisiologia.

Quando jovem, Helmholtz tinha interesse em ciências naturais, mas seu pai queria que ele estudasse medicina. Helmholtz obteve seu doutorado em medicina no Medicinisch-chirurgisches Friedrich-Wilhelm-Institut em 1842 e cumpriu um estágio de um ano no hospital Charité porque havia apoio financeiro para estudantes de medicina.

Treinado principalmente em fisiologia, Helmholtz escreveu sobre muitos outros tópicos, que variam de física teórica à idade da Terra e à origem do Sistema Solar.

Cargos universitários

O primeiro cargo acadêmico de Helmholtz foi como professor de Anatomia na Academy of Arts em Berlin em 1848. Ele então se mudou para um cargo de professor associado de fisiologia na Universidade Prussiana de Königsberg, onde foi nomeado em 1849. Em 1855, aceitou uma cátedra plena de anatomia e fisiologia na Universidade de Bonn. Ele não era particularmente feliz em Bonn, porém, e três anos depois se transferiu para a Universidade de Heidelberg, em Baden, onde serviu como professor de fisiologia. Em 1871, aceitou seu cargo universitário final, como professor de física na Humboldt University em Berlin.

Pesquisa

Mecânica

Sua primeira conquista científica importante, um tratado de 1847 sobre a conservação de energia, foi escrito no contexto de seus estudos médicos e formação filosófica. Seu trabalho sobre conservação de energia surgiu enquanto estudava o metabolismo muscular. Ele tentou demonstrar que nenhuma energia é perdida no movimento muscular, motivado pela implicação de que não havia forças vitais necessárias para mover um músculo. Esta foi uma rejeição da tradição especulativa da Naturphilosophie que era naquela época um paradigma filosófico dominante na fisiologia alemã.

Baseando-se no trabalho anterior de Sadi Carnot, Benoît Paul Émile Clapeyron e James Prescott Joule, ele postulou uma relação entre mecânica, calor, luz, eletricidade e magnetismo, tratando-os todos como manifestações de uma única força, ou energia na terminologia de hoje. Ele publicou suas teorias em seu livro Über die Erhaltung der Kraft Sobre a Conservação da Força, 1847.

Nos anos 1850 e 60, baseando-se nas publicações de William Thomson, Helmholtz e William Rankine popularizaram a ideia da morte térmica do universo.

Em dinâmica dos fluidos, Helmholtz fez várias contribuições, incluindo os teoremas de Helmholtz para dinâmica de vórtices em fluidos não viscosos.

Fisiologia sensorial

Helmholtz foi um pioneiro no estudo científico da visão e audição humanas. Inspirado pela psicofísica, tinha interesse nas relações entre estímulos físicos mensuráveis e suas percepções humanas correspondentes. Por exemplo, a amplitude de uma onda sonora pode ser variada, fazendo o som parecer mais alto ou mais suave, mas um passo linear na amplitude da pressão sonora não resulta em um passo linear na loudness percebida. O som físico precisa ser aumentado exponencialmente para que passos iguais pareçam lineares, um fato que é usado nos dispositivos eletrônicos atuais para controlar o volume. Helmholtz abriu o caminho em estudos experimentais sobre a relação entre a energia física e sua apreciação psicológica, com o objetivo em mente de desenvolver "leis psicofísicas".

A fisiologia sensorial de Helmholtz foi a base do trabalho de Wilhelm Wundt, aluno de Helmholtz, que é considerado um dos fundadores da psicologia experimental. Mais explicitamente do que Helmholtz, Wundt descreveu sua pesquisa como uma forma de filosofia empírica e como um estudo da mente como algo separado. Helmholtz tinha, em sua repudiação inicial da Naturphilosophie, enfatizado a importância do materialismo e estava focando mais na unidade da "mente" e corpo.

Óptica oftalmológica

Em 1851, Helmholtz revolucionou o campo da oftalmologia com a invenção do oftalmoscópio; um instrumento usado para examinar o interior do olho humano. Isso o tornou mundialmente famoso da noite para o dia. Os interesses de Helmholtz naquela época eram cada vez mais focados na fisiologia dos sentidos. Sua publicação principal, intitulada Handbuch der Physiologischen Optik Manual de Óptica Fisiológica ou Tratado de Óptica Fisiológica, forneceu teorias empíricas sobre percepção de profundidade, visão de cores e percepção de movimento, e se tornou a obra de referência fundamental em seu campo durante a segunda metade do século dezenove. No terceiro e final volume, publicado em 1867, Helmholtz descreveu a importância de inferências inconscientes para a percepção. O Handbuch foi primeiro traduzido para o inglês sob a edição de James P. C. Southall em nome da Optical Society of America em 1924–5. Sua teoria de acomodação permaneceu incontestada até a década final do século XX.

Helmholtz continuou trabalhando por várias décadas em várias edições do manual, atualizando frequentemente seu trabalho por causa de sua disputa com Ewald Hering que tinha visões opostas sobre visão espacial e de cores. Esta disputa dividiu a disciplina de fisiologia durante a segunda metade de 1800.

Fisiologia do nervo

Em 1849, enquanto em Königsberg, Helmholtz mediu a velocidade com que o sinal é transportado ao longo de uma fibra nervosa. Naquela época, a maioria das pessoas acreditava que os sinais nervosos passavam pelos nervos imensuradamente rápido. Ele usou um nervo ciático recentemente dissecado de uma rã e o músculo da panturrilha ao qual se prendia. Ele usou um galvanômetro como um dispositivo de cronometragem sensível, anexando um espelho à agulha para refletir um feixe de luz através da sala para uma escala que dava muito maior sensibilidade. Helmholtz informou velocidades de transmissão na faixa de 24,6 – 38,4 metros por segundo.

Acústica e estética

Em 1863, Helmholtz publicou Sensations of Tone, novamente demonstrando seu interesse na física da percepção. Este livro influenciou musicólogos até o século vinte. Helmholtz inventou o ressonador de Helmholtz para identificar as várias frequências ou tons dos componentes de onda senoidal pura de sons complexos contendo múltiplos tons.

Helmholtz mostrou que diferentes combinações de ressonador poderiam imitar sons de vogais: Alexander Graham Bell em particular tinha interesse nisso mas, não sendo capaz de ler alemão, interpretou mal os diagramas de Helmholtz como significando que Helmholtz havia transmitido múltiplas frequências por fio—o que permitiria multiplexagem de sinais de telégrafo—enquanto, na realidade, a energia elétrica era usada apenas para manter os ressonadores em movimento. Bell falhou em reproduzir o que ele pensava que Helmholtz tinha feito mas posteriormente disse que, se tivesse sido capaz de ler alemão, não teria avançado para inventar o telefone no princípio do telégrafo harmônico.

A tradução de Alexander J. Ellis foi publicada pela primeira vez em 1875, a primeira edição inglesa foi da terceira edição alemã de 1870; a segunda edição inglesa de Ellis da quarta edição alemã de 1877 foi publicada em 1885; a terceira e quarta edições inglesas de 1895 e 1912 foram reimpressões da segunda.

Eletromagnetismo

Helmholtz estudou o fenômeno de oscilações elétricas de 1869 a 1871, e em uma palestra entregue ao Naturhistorisch-medizinischen Vereins zu Heidelberg Associação de História Natural e Medicina de Heidelberg em 30 de abril de 1869, intitulada On Electrical Oscillations, ele indicou que as oscilações elétricas amortecidas perceptíveis em uma bobina unida com uma jarra de Leyden duravam cerca de 1/50 de segundo.

Em 1871, Helmholtz se mudou de Heidelberg para Berlin para se tornar um professor de física. Ele se interessou por eletromagnetismo, e a equação de Helmholtz leva seu nome. Embora não tenha feito grandes contribuições a este campo, seu aluno Heinrich Rudolf Hertz ficou famoso por ser o primeiro a demonstrar radiação eletromagnética. Oliver Heaviside criticou a teoria eletromagnética de Helmholtz porque permitia a existência de ondas longitudinais. Baseado no trabalho das equações de Maxwell, Heaviside pronunciou que ondas longitudinais não poderiam existir em um vácuo ou em um meio homogêneo. Heaviside não observou, porém, que ondas eletromagnéticas longitudinais podem existir em uma fronteira ou em um espaço fechado.

Há até um tópico chamado "óptica de Helmholtz", baseado na equação de Helmholtz.

Citações

Quem quer que, na busca pela ciência, procure por utilidade prática imediata pode ter certeza de que procura em vão. — Discurso Acadêmico Heidelberg 1862

Alunos e associados

Outros alunos e associados de pesquisa de Helmholtz em Berlin incluíram Max Planck, Heinrich Kayser, Eugen Goldstein, Wilhelm Wien, Arthur König, Henry Augustus Rowland, Albert A. Michelson, Wilhelm Wundt, Fernando Sanford e Michael I. Pupin. Leo Koenigsberger, que foi seu colega 1869–1871 em Heidelberg, escreveu a biografia definitiva dele em 1902.

Honrarias e legado

• Em 1881, Helmholtz foi eleito Fellow Honorário do Royal College of Surgeons in Ireland.
• Em 10 de novembro de 1881, ele foi agraciado com a Légion d'honneur: au grade de Commandeur, ou Nível 3 – uma classificação sênior. Nº 2173.
• Em 1883, o Professor Helmholtz foi honrado pelo Imperador, sendo elevado à nobreza, ou Adel. O Adelung significava que ele e sua família eram agora estilizados como: von Helmholtz. A distinção não era um título de par ou título, mas era hereditária e conferia um certo prestígio social.
• Helmholtz foi agraciado com Associação Honorária da Institution of Engineers and Shipbuilders in Scotland em 1884.
• A maior associação alemã de instituições de pesquisa, a Helmholtz Association, leva seu nome.
• O asteroide 11573 Helmholtz e a cratera lunar Helmholtz assim como a cratera Helmholtz em Marte foram nomeados em sua honra.
• Em Charlottenburg, Berlin, a rua Helmholtzstraße é nomeada em homenagem a von Helmholtz.

Obras

• 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