Гельмгольца ГЕРМАН Людвіг Фердинанд
(1821 р - 1894 г.)
Герман Людвіг Фердинанд фон Гельмгольц був вченим дуже широкого профілю. В енциклопедіях можна зустріти, наприклад, таку характеристику його вкладу в науку: «автор фундаментальних праць з фізики, біофізики, фізіології і психології». Проте, ми, розповідаючи про відкриття та досягнення німецького вченого, постараємося більше уваги приділити тим з них, які мають відношення до точних наук.
Батько вченого, Август Фердинанд Юліус Гельмгольц, отримав прекрасну освіту, закінчивши два факультети Берлінського університету. Спочатку він навчався на теологічному факультеті і займався філософією. Потім вступив добровольцем до прусської армії і два роки брав участь в антинаполеонівських війнах. Повернувшись після підписання Паризького світу в 1814 році в Берлін, Фердинанд знову вступив до університету, цього разу на філологічний факультет. Закінчивши університет, він деякий час працював в якості домашнього педагога, а потім в 1820 році зайняв місце старшого вчителя в гімназії Потсдама, де викладав філологію, класичну літературу, філософію, у свій час навіть математику і фізику. Можливо, саме тут знаходяться корені універсальної освіченості і широти сфери наукових інтересів його сина. Викладанням Фердинанд Гельмгольц не обмежувався: він чимало займався наукою і опублікував ряд праць з грецької культури, педагогіки, філософії. Незабаром після переїзду в Потсдам Фердинанд одружився на Кароліні Пенне, дочки артилерійського офіцера. Їх первістком і став Герман Гельмгольц, що з'явився на світ 31 серпня 1821 року.
У ранньому дитинстві Герман часто хворів, багато часу змушений був проводити в ліжку, що в якійсь мірі сприяло розвитку раннього інтересу до читання. Але батько багато уваги приділяв здоров'ю дитини, і до семи років регулярні заняття гімнастикою, прогулянки в околицях Потсдама і плавання принесли свої плоди: Герман зміцнів і хворів набагато рідше.
У 1830 році хлопчик поступив в молодший клас Потсдамської гімназії. Ще раніше, в початковій школі, стало зрозуміло, що зубріння несистематизованого матеріалу дається йому з великими труднощами. При цьому він прекрасно запам'ятовував вірші і незабаром дуже полюбив поезію. До точних ж наукам, особливо до геометрії, у Гельмгольца проявився справжній талант. Хімією і фізикою хлопчик багато займався самостійно, він студіював відповідні книги, що були в бібліотеці батька, разом з товаришем намагався відтворювати описані там експерименти, завдаючи часом непоправної шкоди домашньому майну і одязі своїх ближніх. Також слід зазначити, що юний Гельмгольц непогано грав на фортепіано і всерйоз цікавився музикою.
Батько заохочував прагнення Германа до науки. Але платню вчителя було невеликим, і сім'я зазнавала труднощів. А за навчання в університеті потрібно було платити, та й вивчення фізики в ті часи не могло обіцяти твердого заробітку. Тому Гельмгольц-старший наполіг, щоб його син вибрав професію лікаря. Восени 1838 року Герман відправився в Берлін, в медико-хірургічний інститут Фрідріха-Вільгельма, іспити в який успішно здав ще роком раніше. Як і всі студенти, які навчалися за державний рахунок, Гельмгольц підписав зобов'язання після закінчення інституту 10 років пропрацювати лікарем в прусської армії.
Медична освіта завжди вимагало багато сил і часу, і інститут Фрідріха-Вільгельма не був винятком з цього правила. Проте, Герман не тільки примудрявся встигати в навчанні, але також самостійно вивчав математику, фізику і відвідував університетські лекції, зокрема, курс фізіології професора Йоганнеса Мюллера. На початку 1841 він приступив до роботи над дисертацією. Але влітку того ж року його на довгий час вибила з колії хвороба (швидше за все, тиф). Повернутися до інституту Герман зміг тільки в листопаді. В середині 1842 року теоретичні заняття закінчилися, і 30 вересня Гельмгольц вступив на посаду практиканта-хірурга при госпіталі «Шаріте». 2 листопада він захистив дисертацію під назвою «Про будову нервової системи у безхребетних». І в цій, і в усіх наступних роботах Герман, слідом за своїм учителем Мюллером, дотримувався виключно фізико-хімічного підходу до фізіології. Крім того, він зробив і суттєве відкриття, показавши, що нервові клітини і їх відростки є єдиним цілим.
Після завершення практики в 1843 році молодий вчений був призначений ескадронним хірургом гусарського полку, дислокованого в Потсдамі. Роботи було не дуже багато, що дозволило Герману продовжувати свої дослідження і навіть створити невелику лабораторію. Він вивчав механізм роботи м'язів і вироблення тепла в процесі м'язових скорочень. Ці дослідження, мабуть, і привели його до фундаментального фізичного обгрунтування. 23 липня 1847 військовий хірург з Потсдама виступив в Берлінському фізичному товаристві з доповіддю «Про збереження сили». Ця доповідь зробив знаменитим його автора. У ньому Гельмгольц математично обгрунтував закон збереження сил (закон збереження енергії), проаналізувавши відомі в ті часи фізичні явища, позначив універсальність цього закону. Він показав, що процеси, що відбуваються в живих організмах, також підпорядковані закону збереження енергії (надалі для зручності ми будемо використовувати це сучасна назва). Зокрема, це стало важливим аргументом, що зруйнували що існувала тоді концепцію якоїсь «живої сили», нібито лежить в основі існування організмів. Справедливості заради відзначимо, що ще в 1842 році закон збереження енергії сформулював німецький натураліст Майер, але його роботи довгий час залишилися невизнаними. Згодом Гельмгольц не заперечував пріоритет Майера, зараз же закон збереження енергії часто називають законом Майера - Гельмгольца.
У 1848 році один Гельмгольца Брюкке був призначений професором фізіології в Кенигсбергский університет. На звільнене їм місце викладача анатомії в Берлінській академії мистецтв він порекомендував Гельмгольца. За клопотанням Академічного сенату Германа звільнили від служби, він став викладачем анатомії і асистентом при анатомічному музеї. Втім, ці посади Гельмгольц займав недовго. Незабаром Брюкке покинув Кенігсберг, і вже 19 травня Герман був представлений на звільнену ним посаду екстраординарного професора фізіології і загальної патології.
26 серпня 1848 року Гельмгольц одружився з Ольгою фон Вельт, і молодята вирушили в Кенігсберг облаштовувати своє сімейне щастя. Ольга не тільки звалила на себе всі побутові турботи, а й, будучи дівчиною освіченою, допомагала чоловікові в його дослідженнях. Крім того, будинок Гельмгольца швидко став одним з центрів культурного життя міста: тут часто проходили музичні вечори, ставилися аматорські вистави. Влітку 1850 року в родині з'явилася перша дитина - дівчинка, яка отримала ім'я Катерина Кароліна Юлія Бетті. У 1852 році Ольга народила сина Ріхарда.
Перші роки роботи в Кенігсберзі були дуже плідними. У січні 1850 року Гельмгольц зробив доповідь про значне відкриття - він виміряв швидкість поширення нервового імпульсу. Надалі вчений продовжив дослідження в цій області, для чого сконструював кілька приладів для вимірювання коротких проміжків часу.
Ще однією областю наукових інтересів Германа Гельмгольца було вивчення зору. Він сконструював так зване очне дзеркало, або офтальмоскоп - прилад, що дозволяє розглядати дно очі. Надалі вчений зробив ще кілька основоположних відкриттів в області фізіології зору і фактично поклав початок наукової офтальмології.
З середини 1850-х років Гельмгольц був змушений шукати собі місце в місті з більш м'яким кліматом. Причиною став постійний кашель, що мучило його дружину. Лікарі вважали, що Ользі не підходять несприятливі погодні умови Кенігсберга. 27 березня 1855 року вчена отримав призначення на кафедру анатомії і фізіології Боннського університету.
У Бонні, куди Гельмгольц переїхав в середині вересня, він дуже швидко завоював популярність серед студентів, його лекції відвідували набагато більше слухачів, ніж в Кенігсберзі. А ось експериментаторських робота просувалася з рук геть погано - в Бонні була відсутня необхідна апаратура, і вченому доводилося задовольнятися лише скромним набором особистих інструментів. У 1856 році Гельмгольц опублікував першу частину «Керівництва по фізіологічній оптиці» - книги, яка довгий час залишалася настільною і для офтальмологів, і для фізиків-оптиків. В цей же час учений став багато уваги приділяти і акустиці. Його досягнення в цій галузі можна порівняти з такими в оптиці, недарма Германа Гельмгольца вважають одним з основоположників фізіології зору і слуху. У 1858 році він також опублікував блискучу чисто фізичну роботу, в якій заклав основи теорії вихрового руху рідин.
Тим часом анатомія, яку Гельмгольц був фактично змушений викладати, не відповідала його науковим інтересам, його викладацька діяльність мала все менше відношення до наукових пошуків. Крім того, в міністерство надійшла скарга, в якій Гельмгольца звинувачували в некомпетентності і зневазі до самого предмету анатомії. Тому в 1858 році він прийняв пропозицію очолити кафедру фізіології в Гейдельберзі.
Незабаром після переїзду, в кінці 1859 року Ольга Гельмгольц, так і не оговтавшись від хвороби, померла. 16 травня 1861 року вчена одружився на Ганні фон Мохл, дочки одного з гейдельбергских професорів. Згодом Анна народила трьох дітей.
У Гейдельберзі Герман Гельмгольц продовжив дослідження в області акустики, що призвело до створення кількох важливих робіт по психофізіології почуттів. Крім того, він продовжив систематизувати результати своїх минулих відкриттів і 1866 році завершив роботу над «Керівництвом по фізіологічній оптиці». Після цього інтереси вченого стали все більше зміщуватися до фізики. У 1868 році він створив теорію розривних рухів газів, що зіграла велику роль в розвитку аеродинаміки. У 1870 році Гельмгольц став членом Прусської академії наук. Через рік він прийняв пропозицію очолити кафедру фізики в Берлінському університеті і очолив створення нового Інституту фізики.
Працюючи в Берліні, Герман Гельмгольц багато часу присвятив дослідженням в області електродинаміки. Вчений намагався шукати аргументи на користь будь-якої з існуючих на той час електродинамічних теорій. Зокрема, під його керівництвом Герц відкрив електромагнітні хвилі. Сам Гельмгольц ще в 1869 році встановив коливальний характер розряду лейденської банки і показав, що аналогічні коливання виникають в індукційній котушці, з'єднаної з конденсатором (тобто фактично створив коливальний контур). Нарешті, в 1881 році він висунув ідею атомарної природи електрики.
Універсальність наукових талантів німецького вченого не переставала дивувати навіть після того, як він обмежився виключно фізичними тематиками. У 1873 році він виступив з викладом теоретичних питань керованого повітроплавання. У наступному році створив теорію аномальної дисперсії хвиль [83] . Далі були кілька важливих робіт з теоретичної механіки. Досліджуючи явище електролізу, вчений узагальнив закон Фарадея, створив теорію конвекційних струмів.
У 1882 році Герман Гельмгольц дав нове формулювання другого початку термодинаміки, що дозволила застосувати його до вивчення хімічних процесів. Тоді ж було введено поняття вільної енергії (енергії Гельмгольца) - енергії, яку необхідно повідомити тілу для приведення його у термодинамічна рівновага з навколишнім середовищем (нині енергію Гельмгольца часто називають ізохорно-ізотермічним потенціалом).
У 1888 році Гельмгольц став першим президентом Фізико-технічного імперського відомства в Шарлоттенбурге (поблизу Берліна). Незважаючи на завантаженість адміністративними обов'язками, літній вчений продовжував свої наукові дослідження. Ще в 1875 році він зробив спробу застосувати відкриті їм закономірності вихрових рухів до дослідження атмосферних явищ, поклавши тим самим початок наукової метеорології. У 1888-1890 роках він повернувся до своїх ідей, виклав теорію вітрів і пояснив механізм утворення хвиль.
Останні роботи Гельмгольца (1891-1892 роки) були присвячені теоретичної механіки. У 1891 році вчені всього світу святкували 70-річний ювілей свого німецького колеги. На честь цієї події були зібрані кошти для заснування премії імені Гельмгольца за кращі роботи в тих областях науки, якими займався вчений.
8 вересня 1894 року Германа Гельмгольца не стало. Можна сміливо сказати, що він був останнім великим універсалом наукового світу. Німецький вчений всього кілька років не дожив до установи Нобелівських премій, але, цілком ймовірно, він міг стати останнім вченим, удостоєним цього найпрестижнішого наукового трофея відразу в трьох областях: фізіології і медицини, фізики і хімії.
