Hermann (von) Helmholtz
Hermann Ludwig Ferdinand Helmholtz
, ab 1883
von Helmholtz
, (*
31. August
1821
in
Potsdam
; †
8. September
1894
in
Charlottenburg
bei
Berlin
) war ein
deutscher
Mediziner
,
Physiologe
und
Physiker
. Als
Universalgelehrter
leistete er wichtige Beitrage zur mathematischen Theorie der
Optik
,
Akustik
,
Elektrodynamik
,
Thermodynamik
und
Hydrodynamik
.
[1]
So formulierte er das
Energieerhaltungsgesetz
endgultig aus, maß als Erster die
Nervenleitgeschwindigkeit
und entwickelte maßgeblich die
Dreifarbentheorie
. Er war einer der einflussreichsten
Naturwissenschaftler
seiner Zeit und wurde in Anspielung auf
Otto von Bismarck
auch als ?
Reichskanzler
der
Physik
“ bezeichnet. Er erfand 1850 einen
Augenspiegel
, der ab 1851 der
Augenheilkunde
neue Moglichkeiten eroffnete.
Hermann Helmholtz ein Jahr nach Veroffentlichung seines Artikels
Ueber die Erhaltung der Kraft
(1848)
Gedenktafel
an der ehemaligen Physikalisch-Technischen Reichsanstalt, in
Berlin-Charlottenburg
Interview
des Helmholtz-
Biografen
David Cahan im
Resonator
-
Podcast
Hermann Helmholtz war ein Sohn von August Ferdinand Julius Helmholtz und Caroline Penne (1797?1854). Zu seinem jungeren Bruder
Otto
, der Ingenieur wurde, hatte er zeit seines Lebens eine enge Verbindung.
Er besuchte das
Gymnasium
?
Große Stadtschule
“ in Potsdam, an dem sein Vater als Direktor tatig war und von dem er schon zuvor in
Philosophie
und in alten und neuen Sprachen unterrichtet worden war.
Schon der siebzehnjahrige Helmholtz hatte großes Interesse an der Physik. Die
Naturwissenschaften
, insbesondere die Physik, galten jedoch als Facher der brotlosen Kunst.
[2]
Daher studierte Helmholtz ab 1838
Medizin
am
Medizinisch-chirurgischen Friedrich-Wilhelm-Institut
in Berlin, wo er unter anderem Schuler des
Physiologen
Johannes Muller
war. Helmholtz wurde 1842 mit einer Arbeit in mikroskopischer
Anatomie
promoviert
. Er war ein uberdurchschnittlich befahigter Absolvent, jedoch deutete zunachst wenig auf eine akademische Karriere hin. Er arbeitete zunachst ein Jahr lang als Unterarzt an der
Charite
.
Ab 1843
diente
Helmholtz in
Potsdam
, da das Studium an dem von ihm gewahlten Institut die Verpflichtung zu einem anschließenden achtjahrigen Militardienst einschloss. 1846 wurde er Militararzt im koniglichen Regiment. 1848 wurde er auf Empfehlung
Alexander von Humboldts
vorzeitig aus dem Militardienst entlassen und unterrichtete
Anatomie
an der Berliner Kunstakademie.
1848 nahm Helmholtz in Nachfolge von
Ernst Wilhelm von Brucke
eine Professur fur Physiologie in Berlin an. Er war auf seine Arbeit konzentriert und kummerte sich weniger um die politischen Vorgange (
Deutsche Revolution 1848/49
) ? anders als etwa sein Kollege
Emil Heinrich Du Bois-Reymond
. Am 26. August 1849 heiratete er Olga von Velten (1827?1859).
Anna Helmholtz (1869)
Hermann Helmholtz portratiert
von
Ludwig Knaus
1881
1849 erhielt er einen Ruf als Professor der
Physiologie
und
Pathologie
nach
Konigsberg
. Seine
tuberkulosekranke
Frau vertrug jedoch das raue Klima in
Ostpreußen
nicht. Unter Vermittlung von Alexander von Humboldt zog Helmholtz 1855 nach
Bonn
, um dort den vakanten Lehrstuhl fur Physiologie anzunehmen. Dort wohnte er in der Villa
Vinea Domini
. 1858 nahm Helmholtz eine gut bezahlte Professur in Heidelberg an, wo er bis 1870 als erster Inhaber eines Physiologielehrstuhls an der Universitat Heidelberg
[3]
tatig war. Von 1858 bis 1863 war dort auch
Wilhelm Wundt
sein Assistent. 1858 wurde Hermann von Helmholtz zum korrespondierenden und 1870 zum auswartigen Mitglied der
Bayerischen Akademie der Wissenschaften
gewahlt.
[4]
Im Dezember 1859 starb seine Frau Olga, die ihn mit zwei kleinen Kindern zuruckließ. Am 16. Mai 1861 heiratete Helmholtz seine zweite Frau,
Anna von Mohl
(1834?1899). Aus beiden Ehen gingen insgesamt funf Kinder hervor (drei Sohne und zwei Tochter). Ein Sohn aus erster Ehe war der Eisenbahnkonstrukteur
Richard von Helmholtz
(1852?1934). Eine Tochter aus der zweiten Ehe war Ellen von Siemens-Helmholtz (1864?1941),
[5]
die Ehefrau des Industriellen
Arnold von Siemens
(ihr Schwiegervater war
Werner von Siemens
).
Helmholtz gehorte verschiedenen weiteren Akademien und Gelehrtengesellschaften im In- und Ausland an, darunter der
Royal Society of Edinburgh
(seit 1864), der
Koniglich Schwedischen Akademie der Wissenschaften
(seit 1866) und der
Koniglichen Physiographischen Gesellschaft in Lund
sowie der
American Academy of Arts and Sciences
(beide seit 1868), der
American Philosophical Society
(seit 1873)
[6]
und der
National Academy of Sciences
(seit 1883).
Hermann von Helmholtz (stehend neben Kronprinz Friedrich Wilhelm) auf dem Hofball im Weißen Saal im Berliner Schloss, Gemalde von
Anton von Werner
Im Jahr 1870 starb der Ordinarius fur Physik an der
Friedrich-Wilhelms-Universitat Berlin
,
Heinrich Gustav Magnus
. Helmholtz wurde diese Professur angeboten. Da er sich in den letzten Jahren mehr mit Physik als mit Physiologie befasst hatte, nahm er das Angebot an und ubernahm 1871
[7]
das Ordinariat. Helmholtz galt schon damals als einer der großten und vielseitigsten Denker und Forscher in Deutschland. Mit großem Aufwand wurde er von der gebildeten Bevolkerung Heidelbergs verabschiedet.
Im Jahr 1870 wurde Helmholtz zum Mitglied der
Preußischen Akademie der Wissenschaften
ernannt. Außerdem wurde er Mitglied der
Koniglich Schwedischen Musikakademie
(1870) und der
Koniglichen Gesellschaft der Wissenschaften in Uppsala
(1872).
[8]
1877/1878 amtierte er als Rektor der Universitat. Von 1878 bis 1894 war Hermann von Helmholtz Prasident der
Physikalischen Gesellschaft zu Berlin (PGzB)
, Am 27. Januar 1883 wurde Helmholtz in den preußischen
Adelsstand
erhoben.
[9]
Ab 1882 war er, neben
Wilhelm Foerster
und
Werner von Siemens
, einer der Initiatoren fur die spatere Grundung der
Physikalisch-Technischen Reichsanstalt
. Die vielen Neuerungen in der Elektrotechnik, der Messung von Strommengen bedurfte einer einheitlichen Normung. Im Jahr 1888 wurde Hermann von Helmholtz der erste Prasident der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt in Charlottenburg.
Viele Schicksalsschlage verdusterten das Leben von Helmholtz in der letzten Phase: der Tod seines Sohnes Robert (1889) und der Tod des Freundes Werner von Siemens (1892). 1894 starben sein Schuler und Freund Heinrich Hertz, dessen Nachlass von Helmholtz herausgab,
[10]
und sein Kollege
August Kundt
.
Am 8. September 1894 starb Helmholtz an einem zweiten Schlaganfall. Er fand seine letzte Ruhe in der Abt. A.T.-52 auf dem
Friedhof Wannsee, Lindenstraße
. Der Entwurf der Grabanlage stammt vom Bildhauer
Adolf von Hildebrand
. Sein Grab ist seit 1967 als
Ehrengrab der Stadt Berlin
gewidmet.
Helmholtz war zweimal verheiratet. Im Jahr 1849 heirateten in
Berlin-Dahlem
Hermann von Helmholtz und die Arzttochter Olga von Velten (1827?1859). Das Paar hatte zwei Kinder:
Nach dem Tod seiner ersten Ehefrau heiratete er 1861 in Heidelberg
Anna von Mohl
(1834?1899), eine Tochter des Staatswissenschaftlers
Robert von Mohl
(† 1875). Das Paar hatte zwei Sohne und eine Tochter:
- Robert (1862?1889)
- Ellen (1864?1941) ? 1884 mit
Arnold von Siemens
(1853?1918)
- Friedrich Julius (1868?1901).
Helmholtz war ein außerordentlich vielseitiger Wissenschaftler, der sich auch fur die Zusammenhange von Physik, Physiologie, Psychologie und Asthetik interessierte. Die nachfolgende Gliederung ist daher nur als Anhaltspunkt zu verstehen.
Beispielsweise gelangte Helmholtz zu Beginn seiner wissenschaftlichen Arbeit durch physiologische Untersuchungen uber
Garung
,
Faulnis
und die Warmeproduktion der
Lebewesen
(die er hauptsachlich auf Muskelarbeit zuruckfuhrte) zur Ausformulierung des
Energieerhaltungssatzes
, also eines elementaren Gesetzes der Physik. In Heidelberg befasste sich Helmholtz ab 1858 mit den medizinischen Grundlagen der optischen und akustischen Physiologie ? und zur selben Zeit mit Fragen der theoretischen Physik (
Hydro-
und
Elektrodynamik
) und mit mathematischen Fragestellungen (Geometrie).
Deutsche Sonderbriefmarke 1994 mit Helmholtz-Portrat, menschlichem Auge und Farbdreick
Bereits 1842 wies Helmholtz in seiner Doktorarbeit den Ursprung der
Nervenfasern
aus
Ganglienzellen
nach. 1846 richtete sich Helmholtz wahrend seiner Zeit als Militararzt in Potsdam ein Labor ein
[11]
und verfasste eine experimentelle Arbeit
Ueber den Stoffwechselverbrauch bei Muskelaktionen
.
Mit den wie er aus dem anatomisch-physiologischen Institut von Johannes Muller hervorgegangenen Physiologen Emil Du Bois-Reymond und Ernst Brucke sowie dem spater hinzugestoßenen Carl Ludwig bildete Helmholtz eine einflussreiche physikalische Physiologengruppe.
[12]
Helmholtzscher Augenspiegel (Ophthalmoskop), aus Hermann Helmholtz:
Beschreibung eines Augenspiegels
Ab 1849 widmete sich Helmholtz, als Professor der Physiologie und Pathologie in Konigsberg, bei seinen Forschungen intensiv den Sinnesorganen Auge und Ohr. Hier entwickelte er, geschildert insbesondere in einem 1901 erstmals durch
Greeff
veroffentlichten Brief Helmholtz’ an seinen Vater vom 17. Dezember 1850, ausgehend vom Prinzip der
Totalreflexion
, aus zusammengekitteten ?Brillenglasern und
Deckglaschen fur mikroskopische Zwecke
“
[13]
im Herbst 1850
[14]
den
Augenspiegel
(das Ophthalmoskop) zur Betrachtung des Augenhintergrundes
[15]
als
Ophthalmoskopie
im aufrechten Bild.
[16]
Der Augenspiegel ermoglicht, krankhafte Veranderungen des Augenhintergrunds, insbesondere der Netzhaut (etwa bei manchen Nierenleiden) zu erkennen. Solche Retinopathien beschrieben etwa 1856 der Augenarzt
Moritz Heymann
und 1859
Ludwig Traube
.
[17]
Ferner entwickelte Helmholtz eine Apparatur zur Messung der Nervenleitgeschwindigkeit an Froschen, das
Myographion
.
[18]
[19]
?Ich habe gefunden, dass eine messbare Zeit vergeht, wahrend sich der Reiz, welchen ein momentaner elektrischer Strom auf das Huftgeflecht eines Frosches ausubt, bis zum Eintritt des Schenkelnerven in den Wadenmuskel fortpflanzt. Bei großen Froschen, deren Nerven 50 bis 60 Millimeter lang waren, und welche ich bei 2 bis 6 Grad Celsius aufbewahrt hatte, wahrend die Temperatur des Beobachtungszimmers zwischen 11 und 15 Grad lag, betrug diese Zeitdauer 0,0014 bis 0,0020 einer Sekunde.“
?
Hermann Helmholtz
:
im Januar 1850
[20]
Gedenktafel am
Beethoven-Gymnasium Bonn
zu Helmholtz’ Professur fur Anatomie und Physiologie in Bonn (1855?1858)
Helmholtz verhalf 1852
[21]
der von
Thomas Young
aufgestellten additiven Theorie des Farbensehens zum Durchbruch, wobei er zeigte, dass drei Grundfarben zur Erzeugung aller anderen genugen. Er vermutete, dass es deshalb drei Arten von
Fotorezeptorzellen
im Auge geben musse (
Dreifarbentheorie
). 1851/1852 erfand und konstruierte er das
Ophthalmometer
zur Bestimmung der
Krummungsradien
der
Augenhornhaut
, dem lichtbrechenden Medium des Auges,
[22]
sowie 1857 das
Telestereoskop
.
Er entwickelte eine mathematische Theorie zur Erklarung der
Klangfarbe
durch
Obertone
, die
Resonanztheorie des Horens
, und darauf basierend
Die Lehre von den Tonempfindungen als physiologische Grundlage fur die Theorie der Musik
(1863).
In
erkenntnistheoretischen
Diskussionen setzte sich Helmholtz mit Problemen des Zahlens und
Messens
sowie der Allgemeingultigkeit des
Prinzips der kleinsten Wirkung
auseinander. Auf der Grundlage seiner
optischen
und
akustischen
Untersuchungen modifizierte er den klassischen
Wahrnehmungsbegriff
, lehnte im Gegensatz zu
Kant
die Existenz fester Anschauungsformen ab, und hielt es daher fur moglich,
nichteuklidische Geometrien
anschaulich zu machen. Das
Vier-Phasen-Modell des kreativen Prozesses
geht auf Beobachtungen von Helmholtz zuruck.
Im letzten Band seines 1856?1867 erschienenen Werks
Handbuch der Physiologischen Optik
stellte er dar, welche Rolle der
unbewusste Schluss
fur die Wahrnehmung spielt.
Hermann von Helmholtz
(
Heliogravure
von 1894)
Ab Oktober 1845 kam Helmholtz mit dem Physik-Professor
Heinrich Gustav Magnus
in Kontakt.
Zur Physiker-Gruppe unter Magnus gehorten damals die unter anderem auf dem Gebiet der Elektrophysiologie tatigen Mediziner
Ernst Wilhelm Brucke
und
Emil Du Bois-Reymond
, mit dem Helmholtz lebenslang freundschaftlich verbunden war,
[23]
sowie
Werner von Siemens
(Leutnant der Artillerie) und
Johann Georg Halske
(Mechaniker). Im Jahr 1845 grundete sich um die Gruppe die
Physikalische Gesellschaft zu Berlin
und eine Zeitschrift mit dem Titel
Fortschritte der Physik
.
In seiner Abhandlung
Uber 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 zunachst sehr umstrittenen Prinzips bei. Die Vorwurfe des
Plagiats
vieler seiner Zeitgenossen wehrte er ab, indem er sagte, dass er die funf Jahre davor erschienene Arbeit von Mayer nicht kannte. Durch Anwendung des Energieerhaltungssatzes auf Lebewesen widersprach Helmholtz den
Vitalisten
, die eine
Vitalkraft
als Grundkraft des Lebens annahmen.
Mit der Aufstellung seiner
Wirbelsatze
[24]
(1858 und 1868) uber das Verhalten und die Bewegung von
Wirbeln
in reibungsfreien
Flussigkeiten
lieferte Helmholtz wichtige Grundlagen der
Hydrodynamik
. Die mathematischen Grundlagen wurden als
Helmholtz-Theorem
bekannt.
[25]
In Untersuchungen zur
Elektrodynamik
suchte Helmholtz einen Kompromiss zwischen den Theorien von
Franz Ernst Neumann
und
James Clerk Maxwell
. Mathematisch ausgearbeitete Untersuchungen uber Naturphanomene wie
Wirbelsturme
,
Gewitter
oder
Gletscher
machten Helmholtz zum Begrunder der wissenschaftlichen
Meteorologie
.
Zu den herausragendsten spateren Leistungen von Helmholtz zahlen die drei Abhandlungen uber die ?Thermodynamik chemischer Vorgange“ (1882/1883). Hier wandte Helmholtz die Hauptsatze der
Thermodynamik
auf die
Elektrochemie
an. Er fuhrte den Begriff und die Funktion der
freien Energie
ein, mittels der sich voraussagen lasst, ob eine (elektro)chemische Reaktion nach Gesetzen der Thermodynamik (
Gibbs-Helmholtz-Gleichung
) moglich ist.
Helmholtz-Statue vor der
Humboldt-Universitat zu Berlin
auf einem Sockel aus
Marxgruner Marmor
Hauptartikel:
Helmholtz-Spule
Die Helmholtz-Spule ist eine haufig verwendete, einfache Geometrie zur Erzeugung eines allseitig zuganglichen nahezu homogenen
Magnetfeldes
.
Die Anordnung besteht aus zwei sich koaxial im Abstand gleich dem ihres Radius gegenuberstehenden
Ringspulen
mit gleicher Windungszahl.
Wenn die Einzelspulen gleichsinnig stromdurchflossen werden, erhalt man einen großen Bereich mit konstanter Feldstarke.
Werden die Spulen gegensinnig durchflossen, erhalt man im inneren Bereich einen weitgehend konstanten Feldgradienten.
Hauptartikel:
Helmholtz-Resonator
Ein zur Klanganalyse verwendeter akustischer
Resonator
(
schwingungsfahiges
System, das bei Anregung mit der
Eigenfrequenz
zu schwingen beginnt) besteht aus einer luftgefullten Hohlkugel mit Offnung.
Der Helmholtz-Resonator wird heute vielseitig angewendet, z. B. bei der Resonanzaufladung in Automotoren zur Leistungssteigerung und Verbrauchsreduzierung.
Hauptartikel:
Helmholtz-Gleichung
Als Helmholtz-Gleichung wird die allgemeine
partielle Differentialgleichung
![{\displaystyle \Delta \varphi +k^{2}\varphi =0}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/45b3ee42c81e11d351fec837cfa488e4365aa9bb)
bezeichnet.
ist dabei der
Laplace-Operator
.
In der Elektrodynamik ergibt sich die Helmholtz-Gleichung aus der
Wellengleichung
fur das Vektorpotential in Lorenz-Eichung:
![{\displaystyle \Delta {\vec {A}}+\omega ^{2}\mu \epsilon {\vec {A}}=\Delta {\vec {A}}+{\frac {\omega ^{2}}{c^{2}}}{\vec {A}}=0}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/88caf480d71bc146e4011ac79bc5e4d9f57ba80f)
Sind in einem Netzwerk nur lineare Widerstande und unabhangige 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 Innenwiderstande ersetzt werden. Ideale Spannungsquellen sind daher kurzzuschließen, ideale Stromquellen sind durch einen Leerlauf zu ersetzen.“
Das Uberlagerungsprinzip nach Helmholtz gilt nur fur Strome und Spannungen, nicht fur Leistungen.
Ehrengrab auf dem
Friedhof Wannsee, Lindenstraße
Nach Hermann von Helmholtz sind benannt:
Es gab 1969 den Vorschlag, die physikalische Einheit fur das
elektrische Doppelschichtmoment
Helmholtz
zu nennen.
1939 hat der
NS-Bund Deutscher Technik
mit Zustimmung des Reichspostministers
Wilhelm Ohnesorge
und des Reichsverkehrsministers
Julius Dorpmuller
Adolf Hitler den Vorschlag unterbreitet, fur die Einheit der
Frequenz
die Bezeichnung
Helmholtz
statt
Hertz
zu verwenden, unter Beibehaltung der Abkurzung
Hz
. Hintergrund war die judische Abstammung von
Heinrich Hertz
, dessen Freund
[28]
und Lehrer Helmholtz war. Der Vorschlag wurde nicht verwirklicht.
[29]
Die Bezeichnung von musikalischen
Tonsymbolen
mit Kommata vor oder Apostrophen nach den Buchstaben (z. B.
eingestrichenes
a
oder
a’
fur den
Kammerton
) wird auch Helmholtz-Schreibweise genannt.
Aldous Huxley
benannte die Figur Helmholtz Watson in seinem Roman
Schone neue Welt
(1932) nach Helmholtz.
[30]
Das
Adolf-Wurth-Zentrum fur Geschichte der Psychologie
in Wurzburg zeigte zwischen Dezember 2012 und Mai 2015 eine Ausstellung zu
Hermann von Helmholtz ? ein Wegbereiter der Psychologie
.
[31]
- Uber die Erhaltung der Kraft.
Reimer, Berlin 1847. (
Digitalisat und Volltext
im
Deutschen Textarchiv
)
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A. Forstner’sche Verlagsbuchhandlung (P. Jeanrenaud), Berlin 1851; weitere Ausgabe: J. A. Barth, Leipzig 1910; Nachdruck: Zentralantiquariat der DDR, Leipzig 1968.
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Moritz Schlick
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(1858), hrsg. von A. Wangerin, 2. Auflage. (Reprint der Ausg. Leipzig, Engelmann, Thun: Deutsch, Frankfurt am Main 1996,
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)
- Zwei hydrodynamische Abhandlungen von H. v. Helmholtz.
I. Ueber Wirbelbewegungen (1858) II. Ueber discontinuirliche Flussigkeitsbewegungen (1868) Herausgegeben von A. Wangerin. Verlag Wilhelm Engelman, Leipzig 1896,
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- Zur Geschichte des Princips der kleinsten Action.
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Band 14, 1887 (bei der HU Berlin:
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Hrsg. und eingeleitet von Sabine S. Gehlhaar. Junghans, Cuxhaven 1987,
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- Vorlesungen uber Theorie der Warme.
Hrsg. von Franz Richarz. Verlag J. A. Barth, Leipzig 1903,
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- Physiological optics.
Band 3. (J. P. C. Southall, Trans.) Optical Society of America, Rochester NY 1925/1909.
- Das Denken in der Naturwissenschaft
. Unverand. reprograf. Nachdr. Wissenschaftliche Buchgesellschaft, Darmstadt 1968.
- Die Tatsachen in der Wahrnehmung
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Zahlen und Messen erkenntnistheoretisch betrachtet
. Unverand. fotomechan. Nachdr. Wissenschaftl. Buchgesellschaft, Darmstadt 1959.
- Vortrage und Reden von Hermann von Helmholtz
. Erster Band. Vierte Auflage. Verlag Friedrich Vieweg & Sohn, Braunschweig 1896,
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- Vortrage und Reden
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4. Auflage. Vieweg, Braunschweig 1896.
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- Vorlesungen uber die elektromagnetische Theorie des Lichts.
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google.de
[abgerufen am 1. September 2022]).
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Armin Stock:
Hermann von Helmholtz (1821?1894) ? Ein Wegbereiter der Psychologie.
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Zentrum fur Geschichte der Psychologie, 20. Dezember 2013,
abgerufen am 15. August 2023
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