הרמן פון הלמהולץ

ביוגרפיה

שנים ראשונות
הלמהולץ היה בנו של מנהל הגימנזיום של פוטסדם, פרדיננד הלמהולץ, אשר למד פילולוגיה קלאסית ופילוסופיה ואשר היה חבר קרוב של הפילוסוף עמנואל הרמן פיכטה. עבודתו של הלמהולץ הושפעה מהפילוסופיה של פיכטה וקאנט. הלמהולץ ניסה תמיד למצוא עקבות לתאוריות שלהם בנושאים אמפיריים כמו פיזיולוגיה.
כאיש צעיר, הלמהולץ התעניין במדעי הטבע, אבל אביו רצה שילמד רפואה מכיוון שהייתה תמיכה כלכלית לתלמידי רפואה בלבד.
בעוד שהוא מקבל הכשרה פורמלית בפיזיולוגיה בלבד, הלמהולץ כתב על נושאים רבים אחרים, החל מפיזיקה תאורטית ועד לגיל כדור הארץ ולמקורה של מערכת השמש. 
קריירה
משרות אקדמיות
המשרה האקדמית הראשונה של הלמהולץ הייתה כפרופסור לפיזיולוגיה באוניברסיטה הפרוסית בקוניגסברג, אליה מונה ב-1849. ב-1855 הוא קיבל משרת פרופסורה מלאה באנטומיה ופיזיולוגיה באוניברסיטת בון, בנוסף לזו שבפרוסיה. הוא לא היה מרוצה בבון, ושלוש שנים מאוחר יותר הוא עזב 
לאוניברסיטת היידלברג בבאדן, בה כיהן כפרופסור לפיזיולוגיה. ב-1871 הוא קיבל את המשרה האקדמית הסופית שלו, פרופסור לפיזיקה באוניברסיטת ברלין.
מכניקה
ההישג המדעי החשוב הראשון שלו, חיבור בפיזיקה משנת 1847 על שימור האנרגיה, נכתב בהקשר של מחקריו הרפואיים ומנקודת מוצא פילוסופית. הוא גילה את העקרון של שימור האנרגיה בעת שחקר את המטבוליזם של שרירים. הוא ניסה לקבוע כי אין איבוד אנרגיה בתנועת שריר, 
כשהוא מתבסס על עבודות קודמות של סאדי קרנו, אמיל קלפרון וג'יימס ג'ול, הלמהולץ שיער את קיומו של קשר בין מכניקה, חום, אור, חשמל ומגנטיות בכך שטיפל בהם כהתגלויות של כח אחד (אנרגיה במונחים מודרניים). הוא פרסם את התאוריות שלו בספרו Über die Erhaltung der Kraft (על השימור של כח,1847). קיימת מחלוקת האם הלמהולץ ידע על גילוי חוק שימור האנרגיה בידי יוליוס פון מאייר (Julius von Mayer) בתחילת שנות ה-40 של המאה. הלמהולץ לא ציטט את מאייר בעבודתו והואשם על ידי בני דורו בגניבה ספרותית. 
בשנות ה-50 וה-60 של המאה ה-19, בהתבסס על פרסומים קודמים של ויליאם תומסון, הלמהולץ וויליאם רנקין פיתחו את הרעיון של מות החום של היקום.
במחקריו על דינמיקת נוזלים תרם הלמהולץ מספר תרומות חשובות, וביניהן משפטי הלמהולץ על מערבולות בנוזלים חסרי צמיגות.
פיזיולוגיה חושית
הפיזיולוגיה החושית של הלמהולץ הייתה הבסיס לעבודתו של וילהלם וונדט, תלמיד של הלמהולץ, הנחשב לאחד המייסדים של הפסיכולוגיה הניסויית. וונדט תיאר באופן מפורש יותר מהלמהולץ את מחקריו כמעין צורה של פילוסופיה אמפירית וכתחום מחקר של התודעה. הלמהולץ לעומתו דגל במטריאליזם, והתמקד באחדות התודעה והגוף.
מחקריו על הראייה
הלמהולץ חולל מהפכה בתחום האופתלמולוגיה בזכות המצאתו את האופתלמוסקופ, מכשיר המשמש כדי לבחון את החלק הפנימי של העין האנושית. ההמצאה הפכה אותו למפורסם בן לילה. תחומי ההתעניינות של הלמהולץ הלכו והתרכזו בהדרגה בפיזיולוגיה של מערכות החושים. ספרו המרכזי, שכותרתו Handbuch der Physiologischen Optik (חיבור על אופטיקה פיזיולוגית) סיפק תאוריות אמפיריות על תפיסת עומק, ראיית צבעים, ותפיסת תנועה, והוא הפך לעבודה המרכזית בתחום הזה במהלך המחצית השנייה של המאה ה-19. התאוריה שלו על פעולת העין לא אותגרה עד העשור האחרון של המאה ה-20.
הלמהולץ המשיך לעבוד במשך מספר עשורים על מהדורות של ספרו, ועדכן אותו לעיתים קרובות בגלל חילוקי דעות עם אדווארד הרינג אשר החזיק בהשקפות מנוגדות על ראיית צבעים. המחלוקת הזו חילקה את ענף הפיזיולוגיה במשך המחצית השנייה של המאה ה-19. 
פיזיולוגיה של העצבים
ב-1849, כששהה בקוניגסברג, מדד הלמהולץ את המהירות שבה אות מועבר לאורך סיב עצבי. באותה תקופה רוב האנשים האמינו שאותות עצביים חולפים דרך העצבים במהירות גבוהה מכדי למדוד אותה. בניסוי הוא השתמש בעצב ירך טרי של צפרדע המחובר בקצהו לשריר של יונק. הוא השתמש 
בגלוונומטר כאמצעי רגיש למדידת זמן, וחיבר מראה למחט שלו על מנת להחזיר אלומת אור שהקנתה למערכת המדידה רגישות גבוהה. הלמהולץ דיווח על מהירויות התקדמות בטווח 38.4 - 24.6 מטרים לשנייה.
אקוסטיקה ואסתטיקה
ב-1863 הלמהולץ פרסם את Die Lehre von den Tonempfindungen als physiologische Grundlage für die Theorie der Musik ( על החישה של צלילים כבסיס הפיזיולוגי לתאוריה של המוזיקה), ופעם נוספת חשף את העניין המיוחד שיש לו בחקר התפיסה. הספר הזה השפיע רבות על מוזיקולוגים במהלך המאה ה-20. הלמהולץ המציא את מהוד הלמהולץ על מנת לזהות את התדירויות וה-"טונים" שמכילים קולות מסוימים. אלכסנדר גרהם בל היה מעוניין באופן במיוחד בדרך שבה הלמהולץ השתמש במהודים כדי לדמות קולות תנועה. 
אלקטרומגנטיות
בין השנים 1869 ל-1871 הלמהולץ חקר את התופעה של אוסצילציות חשמליות, שאותה הציג בהרצאה בשנת 1869 באוניברסיטת היידלברג שכותרתה על אוסצילציות חשמליות. ב-1871 הוא עבר מהיידלברג לברלין לרגל מינויו לפרופסור בפיזיקה. הוא החל להתעניין באלקטרומגנטיות ומשוואת הלמהולץ נקראת על שמו. אף על פי שלא תרם תרומות משמעותיות לתחום, תלמידו היינריך הרץ התפרסם כראשון שהוכיח את קיומה של קרינה אלקטרומגנטית.