Leben [Bearbeiten]

Hermann von Helmholtz war der Sohn von August Ferdinand Julius Helmholtz und Caroline Penne (1797–1854). Er besuchte das Gymnasium „Große Stadtschule“, an dem sein Vater als Direktor tätig war. Zu seinem jüngeren Bruder Otto, der Ingenieur wurde, hatte er Zeit seines Lebens eine enge Verbindung.

Der 17 jährige Helmholtz hatte eigentlich großes Interesse an der Physik, die Naturwissenschaften, insbesondere die Physik galten jedoch als Fächer der brotlosen Kunst. Helmholtz studierte Medizin am Medicinisch-chirurgischen Friedrich-Wilhelm-Institutin Berlin. Da das Studium an diesem Institut die Verpflichtung zu einem anschließenden achtjährigen Militärdienst einschloss, diente Helmholtz ab 1843 als Militärarzt in Potsdam. Helmholtz promovierte 1842 mit einer Arbeit in mikroskopischer Anatomie und war danach ein Jahr Unterarzt an der Charité.

Er war ein überdurchschnittlicher Absolvent, jedoch deutete zunächst wenig auf eine akademische Karriere hin. In Potsdam richtete sich Helmholtz ein Labor ein und verfasste eine experimentelle Arbeit „Ueber den Stoffwechselverbrauch bei Muskelaktionen“. Ab Oktober 1845 kam Helmholtz mit dem Physik-Professor Heinrich Gustav Magnus in Kontakt. Zur Physiker Gruppe unter Magnus gehörten damals Ernst Wilhelm Brücke(Mediziner), Emil Du Bois-Reymond (Mediziner), Werner von Siemens (Leutnant der Artillerie), Johann Georg Halske (Mechaniker). 1845 gründete sich um die Gruppe diePhysikalische Gesellschaft zu Berlin und eine Zeitschrift mit dem Titel „Fortschritte der Physik“.

Zu Beginn seiner wissenschaftlichen Arbeit gelangte Helmholtz durch Untersuchungen über Gärung, Fäulnis und die Wärmeproduktion der Lebewesen (die er hauptsächlich auf Muskelarbeit zurückführte) zur Formulierung des Gesetzes von der Erhaltung der Energie. In seinem Buch Über die Erhaltung der Kraft (1847) formulierte er den Energieerhaltungssatz detaillierter als Julius Robert von Mayer es 1842 getan hatte, und trug so wesentlich zur Anerkennung dieses zunächst sehr umstrittenen Prinzips bei. Durch Anwendung des Energieerhaltungssatzes auf Lebewesen widersprach Helmholtz den Vitalisten, die eine Vitalkraft als Grundkraft des Lebens annahmen.

1848 wurde er auf Empfehlung Alexander von Humboldts vorzeitig aus dem Militärdienst entlassen und unterrichtete zunächst Anatomie an der Berliner Kunstakademie. 1848 nahm Helmholtz in Nachfolge von Brücke eine Professur für Physiologie in Berlin an. Helmholtz war kurz nach seiner Verheiratung mehr auf seine Arbeit konzentriert und kümmerte sich 1848 weniger um die politischen Vorgänge (1848 Revolution) – anders als sein Kollege Du-Bois.

1849 erhielt er einen Ruf als Professor der Physiologie und Pathologie nach Königsberg. Hier widmete sich Helmholtz bei seinen Forschungen intensiv den Sinnesorganen Auge und Ohr. Hier entwickelte er den Augenspiegel zur Betrachtung des Augenhintergrundes. Ferner entwickelte Helmholtz eine Apparatur zur Messung der Nervenleitgeschwindigkeit an Fröschen. Seine tuberkulosekranke Frau vertrug jedoch das rauhe Klima in Ostpreußen nicht.

Unter Vermittlung von Alexander von Humboldt zog Helmholtz im Jahr 1851 nach Bonn, um dort den vakanten Lehrstuhl für Physiologie anzunehmen. Ab 1858 nahm Helmholtz eine gut bezahlte Professur in Heidelberg an. Im Dezember 1859 starb seine Frau, die ihn mit zwei kleinen Kindern zurückließ. Im Jahr 1861 heiratete Helmholtz seine zweite Frau, Anna von Mohl. Aus zwei Ehen (26. August 1849 Olga von Velten (1827–1859) und 16. Mai 1861 Anna von Mohl (1834–1899)) gingen fünf Kinder (drei Söhne und zwei Töchter) hervor. Ein Sohn aus erster Ehe war der Eisenbahnkonstrukteur Richard von Helmholtz (1852–1934).

In Heidelberg befasste sich Helmholtz mit medizinischen Grundlagen der optischen und akustischen Physiologie, mit Fragen der theoretischen Physik (Hydro- undElektrodynamik), mit mathematischen Fragestellungen (Geometrie). Helmholtz interessierte sich auch für die Zusammenhänge von Physik, Physiologie, Psychologie und Ästhetik. In Hydrodynamik publizierte Helmholtz die Arbeit „Ueber Integrale der hydrodynamischen Gleichungen, welche Wirbelbewegungen entsprechen“ . Auch mit Reibungsphänomenen von Flüssigkeiten befasste sich Helmholtz, z. B. mit den Arbeiten „Ueber discontinuierliche Flüssigkeits-Bewegungen“ oder „Ströme in reibenden Flüssigkeiten“. Mit den abgeleiteten mathematischen Folgerung konnte Helmholtz auch die Energieerhaltung mit der Hydrodynamik verknüpfen. Mit der Veröffentlichung des ersten Teils der „Theorie der Elektrodynamik“ wuchs das Ansehen von Helmholtz in der Fachwelt weiter.

Im Jahr 1870 starb der Ordinarius für Physik, Heinrich Gustav Magnus, in Berlin. Helmholtz wurde diese Professur angeboten. Da Helmholtz sich in den letzten Jahren mehr mit Physik als mit Physiologie befasst hatte, nahm er das Angebot an. Helmholtz galt schon damals als einer der größten, vielseitigsten Denker und Forscher in Deutschland. Mit großem Aufwand wurde er von der gebildeten Bevölkerung Heidelbergs aufwendig verabschiedet.

1870 wurde Helmholtz zum Mitglied der Preußischen Akademie der Wissenschaften ernannt.

1871 ging er als Professor für Physik an die Universität Berlin. In Berlin zwischen 1879 – 1883 arbeitete der junge Heinrich Hertz in Berlin bei Helmholtz.

Zu den herausragendsten späteren Leistungen von Helmholtz stehen die drei Abhandlungen über die „Thermodynamik chemischer Vorgänge“ (1882/1883). Hier wandte Helmholtz die Hauptsätze der Thermodynamik auf die Elektrochemie an. Er führte den Begriff der Freien Energie ein. Durch die freie Energie lässt sich voraussagen, ob eine chemische Reaktion nach Gesetzen der Thermodynamik (Gibbs-Helmholtz-Gleichung) möglich ist.

Im Jahr 1883 wurde Helmholtz in den Adelsstand erhoben.

Ab 1882 war Helmholtz, neben Foerster und Siemens, einer der Initiatoren für die spätere Gründung der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt. Die vielen Neuerung in der Elektrotechnik, der Messung von Strommengen bedurfte einer einheitlichen Normung.

1888 wurde Helmholtz der erste Präsident der neu gegründeten Physikalisch-Technischen Reichsanstalt in Charlottenburg.

Viele Schicksalsschläge verdüsterten das Leben von Helmholtz in der letzten Phase: der Tod seines Sohnes Robert (1889), des Freundes Werner von Siemens (1892), des Schülers Heinrich Hertz (1894), des Kollegen August Kundt (1894).

Am 8. September 1894 starb Helmholtz an einem zweiten Schlaganfall.

Weitere wichtige Forschungsbereiche von Helmholtz [Bearbeiten]

Bereits 1842 wies Helmholtz den Ursprung der Nervenfasern aus Ganglienzellen nach. 1852 gelang ihm die Messung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Nervenerregungen. Anknüpfend an diese physiologischen Forschungen beschäftigte er sich mit der Physiologie des Hörens und Sehens. Er entwickelte eine mathematische Theorie zur Erklärung der Klangfarbedurch Obertöne, die Resonanztheorie des Hörens und darauf basierend Die Lehre von den Tonempfindungen als physiologische Grundlage für die Theorie der Musik (1863). Helmholtz verhalf der von Thomas Young aufgestelltenDreifarbentheorie des Sehens zum Durchbruch, erfand 1850 das Ophthalmoskop (Augenspiegel) zur Untersuchung desAugenhintergrundes, 1851 das Ophthalmometer zur Bestimmung der Krümmungsradien der Augenhornhaut sowie 1857 dasTelestereoskop.

Mit der Aufstellung der Wirbelsätze^[1] (1858 und 1868) über das Verhalten und die Bewegung von Wirbeln in reibungsfreienFlüssigkeiten lieferte Helmholtz wichtige Grundlagen der Hydrodynamik. In Untersuchungen zur Elektrodynamik suchte Helmholtz einen Kompromiss zwischen den Theorien von Franz Ernst Neumann und James Clerk Maxwell. Mathematisch ausgearbeitete Untersuchungen über Naturphänomene wie Wirbelstürme, Gewitter oder Gletscher machten Helmholtz zum Begründer der wissenschaftlichen Meteorologie.

In erkenntnistheoretischen Diskussionen setzte sich Helmholtz mit Problemen des Zählens und Messens sowie der Allgemeingültigkeit des Prinzips der kleinsten Wirkung auseinander. Auf der Grundlage seiner optischen und akustischenUntersuchungen modifizierte er den klassischen Wahrnehmungsbegriff, lehnte im Gegensatz zu Kant die Existenz fester Anschauungsformen ab, und hielt es daher für möglich, nichteuklidische Geometrien anschaulich zu machen.

Im letzten Band seines 1856–67 erschienenen Werks Handbuch der Physiologischen Optik stellte er dar, welche Rolle derunbewusste Schluss für die Wahrnehmung spielt.

Helmholtz-Spule [Bearbeiten]

→ Hauptartikel: Helmholtz-Spule

Die Helmholtz-Spule ist eine häufig verwendete, einfache Geometrie zur Erzeugung eines allseitig zugänglichen nahezu homogenen Magnetfeldes. Die Anordnung besteht aus zwei sich koaxial im Abstand gleich dem ihres Radius gegenüberstehenden Spulenmit gleicher Windungszahl.

Wenn die Einzelspulen gleichsinnig stromdurchflossen werden, erhält man einen großen Bereich mit konstanter Feldstärke. Werden die Spulen gegensinnig durchflossen, erhält man im Inneren einen konstanten Feldgradienten.

Helmholtz-Resonator [Bearbeiten]

→ Hauptartikel: Helmholtz-Resonator

Ein zur Klanganalyse verwendeter akustischer Resonator (schwingungsfähiges System, das bei Anregung mit der Eigenfrequenz zu schwingen beginnt) besteht aus einer luftgefüllten Hohlkugel mit Öffnung. Der Helmholtz-Resonator wird heute vielseitig angewendet, z. B. bei der Resonanzaufladung in Porsche-Motoren zur Leistungssteigerung und Verbrauchsreduzierung.

Helmholtz-Differentialgleichung [Bearbeiten]

→ Hauptartikel: Helmholtz-Differentialgleichung

Als Helmholtz-Gleichung wird die allgemeine partielle Differentialgleichung

bezeichnet. Δ ist dabei der Laplace-Operator.

In der Elektrodynamik ergibt sich die Helmholtz Gleichung aus der Wellengleichung für das Vektorpotential bei Annahme harmonischer Zeitabhängigkeit:

Überlagerungsprinzip nach Helmholtz [Bearbeiten]

Sind in einem Netzwerk nur lineare Widerstände und unabhängige Quellen (Stromquellen und/ oder Spannungsquellen) vorhanden, so gilt folgende Beziehung:

"Die Wirkung (Strom oder Spannung) an einer beliebigen Stelle des Netzwerkes, die von allen Quellen hervorgerufen wird, ist gleich der Summe der Wirkungen jeder einzelnen Quelle, wenn zugleich die restlichen Quellen durch ihre idealen Innenwiderstände ersetzt werden." Ideale Spannungsquellen sind daher kurzzuschließen, ideale Stromquellen sind durch einen Leerlauf zu ersetzen."

Das Überlagerungsprinzip nach Helmholtz gilt nur für Ströme und Spannungen, nicht für Leistungen!

Siehe auch [Bearbeiten]

• Die vier Phasen des kreativen Prozesses

  • Nach Helmholtz sollte die physikalische Einheit Helmholtz benannt werden.

Werke [Bearbeiten]

• • Ueber die Wechselwirkung der Naturkräfte und die darauf bezüglichen neuesten Ermittelungen der Physik: ein populär-wissenschaftlicher Vortrag, gehalten am 7. Februar 1854, Gräfe & Unzer, Königsberg 1854 (bei der HU Berlin: [1])

  • Über die akademische Freiheit der deutschen Universitäten – Rede beim Antritt des Rectorats an der Friedrich-Wilhelms-Universität zu Berlin am 15. October 1877 gehalten, August Hirschwald, Berlin 1878 (bei der HU Berlin: [2])

  • Schriften zur Erkenntnistheorie, kommentiert von Moritz Schlick und Paul Hertz, hrsg. von Ecke Bonk, Wien; New York: Springer 1998, ISBN 3-211-82770-6

  • Über die Erhaltung der Kraft (1847) / Über Wirbelbewegungen (1858), hrsg. von A. Wangerin, 2. Aufl., Reprint der Ausg. Leipzig, Engelmann, Thun; Deutsch, Frankfurt am Main 1996, ISBN 3-8171-3001-5

  • Zur Geschichte des Princips der kleinsten Action, Sitzungsberichte der Königlich Preussischen Akademie der Wissenschaften zu Berlin 14, 1887 (bei der HU Berlin:[3])

  • Abhandlungen zur Philosophie und Geometrie, Hrsg. u. eingel. von Sabine S. Gehlhaar, Cuxhaven : Junghans 1987, ISBN 3-926848-00-6

  • Die Lehre von den Tonempfindungen als physiologische Grundlage für die Theorie der Musik, Vieweg, Braunschweig 1863, Nachdruck: Minerva-Verlag, Frankfurt/Main 1981, ISBN 3-8102-0715-2

  • Beschreibung eines Augenspiegels zur Untersuchung der Netzhaut im lebenden Auge, Unveränd. Nachdr. d. Ausg. Leipzig, J. A. Barth, 1910, Leipzig 1968

  • Physiological optics (Vol. 3) (J. P. C. Southall, Trans.) Rochester, N Y: Optical Society of America, 1925/1909

  • Das Denken in der Naturwissenschaft, Unveränd. reprograf. Nachdr. Wissenschaftliche Buchgesellschaft, Darmstadt 1968

  • Die Tatsachen in der Wahrnehmung / Zählen und Messen erkenntnistheoretisch betrachtet, Unveränd. fotomechan. Nachdr. Wissenschaftl. Buchgesellschaft, Darmstadt 1959

Literatur [Bearbeiten]

• • A. Paatzow: Helmholtz, Hermann von. In: Allgemeine Deutsche Biographie (ADB). Band 51, Duncker & Humblot, Leipzig 1906, S. 461–472.

  • David Cahan (Ed.): Hermann von Helmholtz and the Foundations of Nineteenth-Century Science. Univ. California, Berkeley 1994, ISBN 978-0520083349.

  • Wolfgang Eckart and Christoph Gradmann: Hermann Helmholtz und die Wissenschaft im 19. Jahrhundert, in: Spektrum der Wissenschaft (December 1994), p. 100 ff.

  • Leo Koenigsberger: Hermann von Helmholtz. 3 Vols. Georg Olms, Braunschweig 1902, ISBN 3487119021, 9783487119021.

  • Lorenz Krüger (Ed.): Universalgenie Helmholtz. Rückblick nach 100 Jahren. Akademie-Verlag, Berlin 1994, ISBN 978-3050026671.

  • Theodor Leiber: Vom mechanistischen Weltbild zur Selbstorganisation des Lebens: Helmholtz' und Boltzmanns Forschungsprogramme und ihre Bedeutung für Physik, Chemie, Biologie und Philosophie, Freiburg (Breisgau) [etc.]: Alber, cop. 2000. (Alber-Reihe Thesen ; Band 6) ISBN 3-495-47979-1 Pp.

  • Helmut Rechenberg: Hermann von Helmholtz. Bilder seines Lebens und Wirkens. Wiley, Weinheim 1994, ISBN 978-3527292769.

  • Matthias Rieger: Helmholtz Musicus. Die Objektivierung der Musik im 19. Jahrhundert durch Helmholtz’ Lehre von den Tonempfindungen, WBG, Darmstadt, 2006, ISBN 3534192001 abstract

  • Gregor Schiemann: Wahrheitsgewißheitsverlust. Hermann von Helmholtz’ Mechanismus im Anbruch der Moderne. Eine Studie zum Übergang von klassischer zu moderner Naturphilosophie. Wiss. Buchges., Darmstadt 1997, ISBN 978-3534132652 (Engl.: Hermann von Helmholtz's Mechanism: The Loss of Certainty. A Study on the Transition from Classical to Modern Philosophy of Nature. Dordrecht : Springer 2009).

  • Emil Warburg, et al.: Helmholtz als Physiker, Physiologe und Philosoph.Müllersche Hofbuchhandlung, Karlsruhe 1922.

Franz Werner: Hermann Helmholtz´ Heidelberger Jahre (1858-1871). Sonderveröffentlichungen des Stadtarchivs Heidelberg, Bd. 8. Mit 52 Abbildungen. Berlin, Heidelberg (Springer-Verlag) 1997. Franz Werner: Zum Tod des Physiologen und Physikers Hermann von Helmholtz. In: Zeitschrift für Geschichte des Oberrheins. 146 = NF 107 (1998). S. 544-551.

Einzelnachweise [Bearbeiten]

• 1. ↑ Über Integrale der hydrodynamischen Gleichungen, welche den Wirbelbewegungen entsprechen,, Celles J 55, 25 (1858) zitiert und bearbeitet in Mechanik der deformierbaren Medien / von Arnold Sommerfeld ; bearb. u. erg. von Erwin Fues ... [et al.]. – Nachdr. d. 6. Aufl. – Thun : Harri Deutsch, 1992. (Vorlesungen über theoretische Physik ; Band 2, Ed. 6) ISBN 3-87144-375-1

Weblinks [Bearbeiten]

Wikiquote: Hermann von Helmholtz – Zitate

Wikisource: Hermann von Helmholtz – Quellen und Volltexte

Commons: Hermann von Helmholtz – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• • Literatur von und über Hermann von Helmholtz im Katalog der Deutschen Nationalbibliothek

  • Lydia Patton: „Hermann von Helmholtz“ in der Stanford Encyclopedia of Philosophy (englisch, inklusive Literaturangaben)

  • Kurzbiografie und Verweise auf digitale Quellen im Virtual Laboratory des Max-Planck-Instituts für Wissenschaftsgeschichte (englisch)

• Wolfgang U. Eckart: Von der physikalischen Physiologie zur mathematischen Physik. (Hermann von Helmholtz' Tätigkeit in Heidelberg zwischen 1858 und 1871)

• Hermann von Helmholtz: Die Lehre von den Tonempfindungen als Physiologische Grundlage für die Theorie der Musik

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Hermann Helmholtz ein Jahr nach Veröffentlichung seines Artikels Ueber die Erhaltung der Kraft (1848)