Hermann von Helmholtz

Elämä

Helmholtzin isä oli Potsdamin lukion rehtori, joka oli opiskellut klassista filologiaa ja filosofiaa. Helmholtzin isä oli filosofi Immanuel Herman Fichten läheinen ystävä. Helmholtzin työssä näkyy Fichten ja Immanuel Kantin vaikutusta. Nuorena miehenä Helmholtz oli kiinnostunut luonnontieteestä, mutta hänen isänsä halusi hänen opiskelevan lääketiedettä.

Energian säilyminen

Helmholtzin ensimmäinen merkittävä tieteellinen saavutus oli energian säilymistä käsittelevä tutkielma vuodelta 1847. Tutkielman taustalla oli hänen lääketieteelliset opintonsa ja filosofinen tausta. Hän löysi energian säilymisen periaatteen tutkiessaan lihaksen aineenvaihduntaa. 
Perustuen Sadi Carnotin, Émile Clapeyronin, Julius Robert von Mayerin ja James Prescott Joulen aiempiin töihin hän osoitti mekaanisen liike-energian, lämpö-, valo-, sähkö- ja magneettisen välillä vallitsevan sellaisen suhteen, että kun yksi energian muoto muuttuu toiseksi, tiettyä määrää kutakin energian muotoa vastaa yksikäsitteisesti tietty määrä jokaista muuta energian muotoa. Näin ollen niitä voitiin pitää saman yleisen ”voiman” (nykytermien mukaan energian) ilmentyminä. Hän julkaisi teoriansa kirjassaan Über die Erhaltung der Kraft (1847). Ajatus energian yleisestä säilymisestä oli esitetty aikaisemminkin, mutta Helmholz osoitti sen kaikkia edeltäjiään vakuuttavammin esittäen myös joukon laskukaavoja erilaisten fysikaalisten systeemien energiamäärille.
Helmholtz esitti vuonna 1854 ensimmäisenä ajatuksen kaikkeuden lämpökuoleman mahdollisuudesta.
Yhteistyö Willard Gibbsin kanssa poiki Gibbs-Helmholtzin yhtälön.

Aistien fysiologia

Helmholzin aisteja koskeva fysiologia oli Wilhelm Wundtin työn perustana. Wundt oli Helmholzin oppilas ja häntä pidetään kokeellisen psykologian perustajana.

Silmäoptiikka

Vuonna 1851 Helmholtz mullisti silmäntutkimuksen silmän tähystämiseen soveltuvalla keksinnöllä; instrumentilla pystytään tutkimaan ihmisen silmää sisäpuolelta. Helmholtz keskittyi muutenkin aistien fysiologiaan. Hänen pääjulkaisussaan, nimeltään Handbuch der Physiologischen Optik käsitellään empiirisiä teorioita tila- ja värinäöstä sekä liikkeen havaitsemisesta. Teoksesta tuli alansa perusteos 1800-luvun puolivälissä. Helmholtz jatkoi työtä kirjansa uusien painosten kanssa useita vuosikymmeniä. Erityisesti kiistely Ewald Heringin kanssa tila ja värinäöstä aiheutti taajaa päivittämistä.

Akustiikka ja estetiikka

Vuonna 1863 Helmholtz julkaisi kirjan Die Lehre von den Tonempfindungen als physiologische Grundlage für die Theorie der Musik. Siinä käsitellään ääniaistimusten fysiologista perustaa musiikin teoriassa. Hän kehitti Helmholtzin resonaattorin, jolla voidaan selvittää eri äänien korkeuksia.
Helmholtzin mukaan on nimetty myös Helmholtzin merkintätapa, jota yleisesti käytetään eri oktaavialoissa olevien, samannimisten sävelten erottamiseksi toisistaan. Sen mukaan esimerkiksi yksiviivainen c merkitään c', kaksiviivainen c″ ja kontraoktaavin C muodossa CI. Helmholtz itse käytti tätä merkintätapaa edellä mainitussa teoksessaan. Kaikkein alimpia oktaavialoja lukuun ottamatta se oli kuitenkin ollut ainakin Saksassa yleisessä käytössä jo ennen Helmholtzin aikaa.

Elektromagnetismi

Vuonna 1874 Helmholtz muutti Bonnista Berliiniin vastaanottamaan fysiikan professorin viran. Siellä hän kiinnostui elektromagnetismista. Vaikka hän itse ei tehnyt merkittäviä tutkimustuloksia alalta, hänen oppilaansa Heinrich Rudolf Hertz tuli kuuluisaksi havainnollistamalla ensimmäisenä sähkömagneettisen säteilyn.
Muita Heimholtzin opiskelijoita ja tutkijatyötovereita Berliinissä olivat muun muassa Willard Gibbs, Max Planck, Heinrich Kayser, Eugen Goldstein, Wilhelm Wien, Arthur König, Henry Augustus Rowland, A. A. Michelson ja Michael Pupin.