Hermann von Helmholtz

Bilimin başarabileceği her şey, doğal ve ahlaki güçlerin mükemmel bir bilgisi ve mükemmel bir anlaşılmasıdır.

Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz, birçok bilimsel alanda önemli katkılarda bulunmuş Alman fizikçi ve hekimdir. En büyük Alman araştırma kurumları birliği olan Helmholtz Derneği onun adıyla anılmaktadır.

Fizyoloji ve psikoloji alanında, göz matematiği, görüş teorileri, görsel uzay algısı hakkındaki fikirleri, renk görüşü araştırması ve ton duygusu, ses algısı ve algılama fizyolojisindeki ampirizmi ile bilinmektedir.

Fizikte, enerji korunumu teorileri, elektrodinamik çalışmaları, kimyasal termodinamik ve termodinamiğin mekanik temeli üzerindeki çalışmaları ile bilinmektedir.

Bir filozof olarak, bilim felsefesi, algı yasaları ile doğa yasaları arasındaki ilişki hakkındaki fikirleri, estetik bilimi ve bilimin medenileştirici gücü hakkındaki fikirleri ile bilinmektedir.

Biyografi

İlk yıllar

Helmholtz, Potsdam'da yerel Gymnasium müdürü Ferdinand Helmholtz'un oğlu olarak doğdu. Babası klasik filoloji ve felsefe öğrenmiş, yayıncı ve filozof Immanuel Hermann Fichte'nin yakın arkadaşı idi. Helmholtz'un çalışmaları Johann Gottlieb Fichte ve Immanuel Kant'ın felsefesinden etkilenmiştir. Fizyoloji gibi ampirik konularda onların teorilerini izlemek için denedi.

Genç bir adam olarak Helmholtz doğa bilimine ilgi duyuyordu, ancak babası onu tıp öğrenmeye istiyordu. Helmholtz, 1842'de Medicinisch-chirurgisches Friedrich-Wilhelm-Institut'ta tıp doktorası aldı ve tıp öğrencileri için mali destek olduğu için Charité hastanesinde bir yıllık staj yaptı.

Öncelikle fizyolojide eğitim alan Helmholtz, teorik fizikten Dünya'nın yaşına ve Güneş Sistemi'nin kökenine kadar birçok konu hakkında yazdı.

Üniversite görevleri

Helmholtz'un ilk akademik pozisyonu 1848'de Berlin Sanatlar Akademisinde Anatomi öğretmeni olarak başladı. Daha sonra 1849'da atandığı Prussian Königsberg Üniversitesi'nde fizyoloji yardımcı profesörlüğü pozisyonuna taşındı. 1855'te Bonn Üniversitesi'nde anatomi ve fizyoloji tam profesörlüğünü kabul etti. Ancak Bonn'da çok mutlu değildi ve üç yıl sonra Baden'deki Heidelberg Üniversitesi'ne taşındı; burada fizyoloji profesörü olarak görev yaptı. 1871'de son üniversite pozisyonunu, Berlin'deki Humboldt Üniversitesi'nde fizik profesörlüğü olarak kabul etti.

Araştırma

Mekanik

İlk önemli bilimsel başarısı, enerji korunumu üzerine 1847 yılında yazılan bir incelemedir ve tıp çalışmaları ve felsefi arka planı bağlamında yazılmıştır. Enerji korunumu üzerine yaptığı çalışma kas metabolizması çalışırken ortaya çıktı. Kas hareketinde hiçbir enerjinin kaybolmadığını göstermeye çalışarak, kas hareket ettirmek için hayati güçlerin gerekli olmadığı anlamını taşıyordu. Bu, o zamanlar Alman fizyolojisinde baskın bir felsefi paradigma olan spekülâtif Naturphilosophie geleneğinin reddidir.

Sadi Carnot, Benoît Paul Émile Clapeyron ve James Prescott Joule'un daha önceki çalışmalarını çizerken, mekanik, ısı, ışık, elektrik ve manyetizmayı tek bir kuvvetin veya günümüz terminolojisindeki enerjinin tezahürleri olarak ele alarak aralarında bir ilişki öne sürdü. Teorilerini 1847'de Über die Erhaltung der Kraft On the Conservation of Force adlı kitabında yayınladı.

1850'ler ve 60'larda William Thomson'ın yayınlarından yararlanarak, Helmholtz ve William Rankine evrenin ısıl ölümü fikrinin popülarizasyonunu yaptılar.

Akışkan dinamiğinde Helmholtz, viskoz olmayan akışkanlarda vorteks dinamiği için Helmholtz teoremleri de dahil olmak üzere birçok katkı yaptı.

Duyusal fizyoloji

Helmholtz, insan görüşü ve işitmesinin bilimsel çalışmasında öncüydü. Psikofizik tarafından ilham alarak, ölçülebilir fiziksel uyaranlar ile bunların karşılık gelen insan algıları arasındaki ilişkilere ilgi duyuyordu. Örneğin, ses dalgasının genliği değiştirilebilir, bu da sesin daha yüksek veya daha düşük görünmesine neden olur, ancak ses basıncı genliğindeki doğrusal bir adım algılanan yükseklikte doğrusal bir adım ile sonuçlanmaz. Eşit adımlar doğrusal görünmesi için fiziksel sesin katlanarak artması gerekir, bu gerçek günümüzün elektronik cihazlarında ses kontrol etmek için kullanılır. Helmholtz, fiziksel enerji fiziği ile algı psikolojisi arasındaki ilişki hakkında deneysel çalışmalar yolunda ilerledi; hedefi "psikofizik yasaları" geliştirmekti.

Helmholtz'un duyusal fizyolojisi, Helmholtz'un öğrencisi olan ve deneysel psikolojinin kurucularından biri olarak kabul edilen Wilhelm Wundt'un çalışmasının temelini oluşturdu. Helmholtz'tan daha açık bir şekilde, Wundt araştırmasını ampirik felsefe şekli ve zihni ayrı bir şey olarak çalışması olarak tanımladı. Helmholtz, Naturphilosophie'nin ilk reddi içinde materyalizmin önemini vurgulamış ve "zihin" ve beden birliğine daha çok odaklanmıştı.

Oftalmik optik

1851'de Helmholtz, oftalmoskobun icadıyla oftalmoloji alanında devrim yaptı; insan gözünün içini incelemek için kullanılan bir alet. Bu onun bir gecede dünya çapında ünlü olmasını sağladı. O zamanlar Helmholtz'un ilgileri giderek duyuların fizyolojisine odaklanmaktaydı. Ana yayını, Handbuch der Physiologischen Optik Handbook of Physiological Optics veya Treatise on Physiological Optics başlıklı eser, derinlik algısı, renk görüşü ve hareket algısı hakkında ampirik teoriler sağladı ve on dokuzuncu yüzyılın ikinci yarısında alanında temel referans çalışması haline geldi. Üçüncü ve son cilt 1867'de yayımlanmış olup, Helmholtz algı için bilinçsiz çıkarımların önemini tanımlamıştır. Handbuch, 1924-5'te Optical Society of America adına James P. C. Southall editörlüğünde ilk kez İngilizceye tercüme edilmiştir. Onun akodasyon teorisi yirminci yüzyılın son on yılına kadar sorgulanmamıştır.

Helmholtz, el kitabının birkaç baskısı üzerinde birkaç on yıl boyunca çalışmaya devam etti, sık sık çalışmasını güncelleyerek çünkü Ewald Hering ile anlaşmazlığı vardı ve Hering uzaysal ve renk görüşü hakkında zıt görüşler taşıyordu. Bu anlaşmazlık 1800'lerin ikinci yarısında fizyoloji disiplinini bölmüştür.

Sinir fizyolojisi

1849'da Königsberg'de iken Helmholtz, sinyalin bir sinir lifinde ileteceği hızı ölçtü. O zamanlar çoğu insan sinir sinyallerinin sinirlerde ölçülemez hızla geçtiğine inanıyordu. Son derece disekte edilmiş bir kurbağanın siyatik sinirini ve bağlandığı baldır kasını kullandı. Hassas bir zamanlama cihazı olarak bir galvanometre kullandı, odanın diğer tarafındaki bir ölçeğe ışın yansıtması için iğneye bir ayna ekleyerek çok daha büyük hassasiyet sağladı. Helmholtz, 24,6 – 38,4 metre/saniye aralığında aktarım hızlarını bildirdi.

Akustik ve estetik

1863'te Helmholtz Sensations of Tone'u yayınladı ve bir kez daha algı fiziğine olan ilgisini gösterdi. Bu kitap yirminci yüzyıla kadar müzik bilimcileri üzerinde etkili oldu. Helmholtz, karmaşık birden fazla tona sahip seslerin saf sinüs dalgası bileşenlerinin çeşitli frekanslarını veya perdelerini tanımlamak için Helmholtz rezonatörünü icat etti.

Helmholtz, rezonatörün farklı kombinasyonlarının ünlü sesleri taklit edebileceğini gösterdi: Özellikle Alexander Graham Bell bunu ilgili buldu, ancak Almanca okuyamayınca Helmholtz'un diyagramlarını Helmholtz'un tel üzerinden birden fazla frekansı iletmiş olması anlamında yanlış anladı—bu telegrafsignallerinin multiplekslanmasına izin verirdi—oysa gerçekte elektriksel güç yalnızca rezonatörleri hareket halinde tutmak için kullanılmıştır. Bell yaptığını düşündüğü şeyi tekrarlamayı başaramadı, ancak daha sonra Almanca okuyabiliyor olsaydı, uyumlu telgraf ilkesi üzerine telefonu icat etmeye devam etmeyeceğini söyledi.

Alexander J. Ellis tarafından yapılan çeviri ilk olarak 1875'te yayımlandı; birinci İngilizce baskı 1870 üçüncü Alman baskısından; Ellis'in ikinci İngilizce baskısı 1877 dördüncü Alman baskısından 1885'te yayımlandı; 1895 ve 1912 üçüncü ve dördüncü İngilizce baskıları ikincisinin yeniden basımıydı.

Elektromanyetizm

Helmholtz 1869 ile 1871 arasında elektrik salınımları fenomenlerini inceledi ve 30 Nisan 1869'da Naturhistorisch-medizinischen Vereins zu Heidelberg Doğa Tarihi ve Tıbbi Heidelberg Birliği'ne verdiği bir derste, Elektriksel Salınımlar Hakkında başlıklı; algılanabilir sönümlü elektrik salınımlarının bir bobine bağlı bir Leyden kavanozunda yaklaşık 1/50 saniye süresinde olduğunu gösterdi.

1871'de Helmholtz Heidelberg'den Berlin'e fizik profesörü olmak için taşındı. Elektromanyetizme ilgi duymaya başladı ve Helmholtz denklemi onun adıyla anılmaktadır. Bu alanda büyük katkılarda bulunmamış olsa da, öğrencisi Heinrich Rudolf Hertz elektromanyetik radyasyonun ilk gösterilişi olarak ünlü olmuştur. Oliver Heaviside, boylamsal dalgaların varlığına izin verdiği için Helmholtz'un elektromanyetik teorisini eleştirdi. Maxwell'in denklemleri üzerine çalışmaya dayanarak, Heaviside boylamsal dalgaların bir vakumda veya homojen bir ortamda var olamayacağını söyledi. Ancak Heaviside, boylamsal elektromanyetik dalgaların bir sınırda veya kapalı bir alanda var olabileceğini belirtmedi.

Helmholtz denklemi temelinde "Helmholtz optik" adında bir konu bile vardır.

Alıntılar

Bilim peşinde olan kişi, derhal pratik fayda aradığında, boşuna aradığına emin olabilir. — Akademik Söylev Heidelberg 1862

Öğrenciler ve meslektaşlar

Berlin'deki Helmholtz'un diğer öğrencileri ve araştırma ortakları arasında Max Planck, Heinrich Kayser, Eugen Goldstein, Wilhelm Wien, Arthur König, Henry Augustus Rowland, Albert A. Michelson, Wilhelm Wundt, Fernando Sanford ve Michael I. Pupin vardı. 1869-1871'de Heidelberg'de meslektaşı olan Leo Koenigsberger, 1902'de onun kesin biyografisini yazdı.

Onurlar ve miras

• 1881'de Helmholtz, İrlanda Kraliyet Cerrahlar Kütüphanesi'nin onursal üyesi seçildi.
• 10 Kasım 1881'de, ona Légion d'honneur verildi: au grade de Commandeur, veya Seviye 3 – kıdemli bir sınıf. No. 2173.
• 1883'te, Profesör Helmholtz, İmparator tarafından onurlandırıldı ve asil unvanına yükseltildi veya Adel. Adelung, onun ve ailesinin artık von Helmholtz olarak stilize edilmesi anlamına geldi. Ayrıcalık akraba veya unvan değildi, ancak varisçiydi ve belirli bir sosyal prestij verdi.
• Helmholtz, 1884'te İskoçya'da Mühendisler ve Gemi İnşaatçıları Kurumu'nun onursal üyeliğine sahip oldu.
• En büyük Alman araştırma kurumları birliği olan Helmholtz Derneği onun adıyla anılmaktadır.
• 11573 Helmholtz asteroidi ve Helmholtz ay krateri ile Mars'taki Helmholtz krateri onun adına adlandırılmıştır.
• Berlin'deki Charlottenburg'da, Helmholtzstraße caddesi von Helmholtz'un adına adlandırılmıştır.

Yapıtlar

• 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