Helmholtz

Helmholtz, Hermann Ludwig Ferdinand von, Naturforscher, geb. 31. Aug. 1821 in Potsdam, gest. 8. Sept. 1894 in Charlottenburg, studierte in Berlin im Friedrich Wilhelms-Institut Medizin, ward 1842 Assistent an der Charité daselbst und 1843 Militärarzt in Potsdam. 1848 wurde er in Berlin Lehrer der Anatomie an der Akademie der Künste und Assistent am Anatomischen Museum, ging aber 1849 als Professor der Physiologie nach Königsberg, 1855 als Professor der Anatomie und Physiologie nach Bonn, 1858 als Professor der Physiologie nach Heidelberg und 1871 als Professor der Physik nach Berlin. 1888 wurde er zum Präsidenten der physikalischtechnischen Reichsanstalt in Charlottenburg ernannt. Kaum ein andrer Naturforscher der neuesten Zeit hat einen so vielseitigen und auf mehreren Gebieten bahnbrechenden Einfluß ausgeübt wie H. Dies war nur dadurch möglich, daß seine geniale Erfindungsgabe und experimentelle Geschicklichkeit geleitet wurden von tiefer philosophischer Einsicht, die ihn auf fundamentale Fragen führte, und daß er das wichtigste Hilfsmittel der Naturforschung, die Mathematik, mit vollkommener Meisterschaft beherrschte. In seiner Abhandlung »Über die Erhaltung der Kraft« (Berl. 1847, in populärer Darstellung: »Über die Wechselwirkungen der Naturkräfte«, Königsb. 1854) zeigte er, daß alle Vorgänge der Natur den Grundgesetzen der Mechanik gehorchen. Es wird nämlich zunächst bewiesen: Wenn ein System materieller Punkte nur anziehenden oder abstoßenden Kräften unterworfen ist, die diese Punkte auseinander ausüben, und deren Intensität lediglich von ihrem gegenseitigen Abstand abhängt, so gibt es für das System eine durch alle Zeit konstante Größe, die Energiesumme des Systems. Sie besteht aus einem lediglich von dem jeweiligen Bewegungszustand der materiellen Punkte abhängigen Summanden, der sogen. kinetischen Energie, und einem von ihrer wechselseitigen Lage abhängigen, der sogen. potenziellen Energie. Beim Übergang des Systems von einem Zustand zu einem andern verhält sich die Summe dadurch konstant, daß die kinetische Energie um so viel zunimmt, wie die potenzielle abnimmt, oder umgekehrt. Auch in der Physiologie trat H. gleich im Anfang seiner Laufbahn mit der Lösung fundamentaler Probleme auf. So lieferte er mittels einwurffreier Methode den strengen Nachweis, daß im arbeitenden Muskel chemische Umsetzungen stattfinden und Wärme entwickelt wird. Er unternahm, die Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Nervenagens, die man bis dahin allgemein für eine blitzartige gehalten hatte, am Froschschenkel experimentell zu bestimmen und maß später diese Geschwindigkeit sogar in den Nervenstämmen des lebenden Menschen. In den folgenden Jahren war die Tätigkeit H.' hauptsächlich der Physiologie der Sinne zugewendet. Er erfand 1850 den Augenspiegel (»Beschreibung eines Augenspiegels«, Berl. 1851), durch den die Augenheilkunde zu dem hohen Range geführt wurde, den sie gegenwärtig unter den Disziplinen der Heilkunde einnimmt. Bald darauf wies H. nach, wie die Anpassung des Auges an verschiedene Entfernungen zustande komme. Ferner brachte er die Lehre von den Farbenempfindungen und subjektiven Lichterscheinungen zu großer Klarheit, indem er eine fast vergessene Idee von Thomas Young aufnahm und selbständig weiter entwickelte. Endlich hat H. auch die Lehre von der räumlichen Anschauung durch den Gesichtssinn und damit die ganze exakte Psychologie in eine neue Entwickelungsphase gebracht. Es gelang ihm dies durch die Anwendung und Weiterbildung der Kantschen Lehren über den Aufbau unsrer Vorstellungen aus dem Empfindungsinhalt. In diesen Entwickelungen trifft H. vielfach mit Schopenhauer zusammen, ohne daß er, wie es scheint, dessen Untersuchungen gekannt hätte. H.' sämtliche Forschungen über die physiologische Optik sind in seinem »Handbuch der physiologischen Optik« (Leipz. 1856–66, 2. Aufl. 1886–96; franz. Übersetzung, Par. 1867) im Zusammenhang dargestellt. Auch die Lehre vom Gehörssinn verdankt ihre heutige Gestalt wesentlich den Leistungen H.' Er hat nämlich die von feinhörigen Musikern in einzelnen Fällen schon früher gemachte Bemerkung und den von Ohm schon ausgesprochenen Satz bewiesen, daß ein Klang im gewöhnlichen Sinne des Wortes nicht eine einfache Empfindung, sondern ein Gemisch von gleichzeitig bestehenden Empfindungen ist. Diese sowie auch die allerdings schon längst bekannte Tatsache, daß qualitativ verschiedene Schallempfindungen durch Luftschwingungen verschiedener Frequenz entstehen, stellen an die physiologische Akustik die Forderung, zu zeigen, wie es möglich ist, daß je nach der verschiedenen Frequenz der das Ohr treffenden Luftschwingungen verschiedene Fasern des Gehörnervs besonders stark erregt werden. Nach dem von Joh. Müller aufgestellten Prinzip von den spezifischen Energien kann eine qualitative Verschiedenheit des Empfindens nur durch die numerische Verschiedenheit der empfindenden Nervenelemente bedingt sein, und H. zeigte in der Tat, daß in dem Spiralblatt der Schnecke, auf dem die Enden des Hörnervs ausgebreitet liegen, ein mit der Besaitung eines Klaviers vergleichbarer Resonanzapparat vorhanden sei, von dem bald diese, bald jene Teile stärker bewegt werden, je nach der Frequenz und Beschaffenheit der das Ohr treffenden Schwingungen. So wird es eben erklärlich, daß von verschieden gearteten Luftschwingungen verschiedene Gruppen von Gehörnervenfasern in den Erregungszustand versetzt werden. Mit den Untersuchungen H.' über das Hören gingen Hand in Hand seine mathematischen und experimentellen Forschungen über das mechanische Wesen der Luftschwingungen. Ein Ergebnis derselben war einerseits die analytische Lösung mancher allgemeinen hydrodynamischen Probleme, die bis dahin den Anstrengungen der Mathematiker widerstanden hatten, anderseits die Theorie der Vokalklänge. Diese letztere ist vielleicht bestimmt, der Sprachwissenschaft noch bedeutende Dienste zu leisten, denn sie gestattet es, die zur Hervorbringung eines Vokals erforderliche Mundstellung so genau zu definieren, daß es einem Menschen, der den betreffenden Vokal nie gehört hat, möglich ist, solchen genau auszusprechen mit Beibehaltung der feinsten Schattierung. In dem Werk »Die Lehre von den Tonempfindungen« (Braunschw. 1862, 5. Ausg. 1896; engl. Übersetzung, 3. Aufl., Lond. 1895; franz., Par. 1868–74) hat H. seine akustischen Untersuchungen zusammenhängend dargestellt und dieselben zur wissenschaftlichen Begründung der musikalischen Harmonielehre verwertet. Auf dem Gebiete der Anatomie war H. einer der ersten, die den Zusammenhang von Nervenfasern und Nervenzellen (die anatomische Grundlage unsrer Anschauung vom Nervenleben) beobachtet haben. Sodann verdankt ihm auch die spezielle Muskelmechanik manche anerkannte Bereicherung. Seit 1871 hat H. sich fast ausschließlich der Physik zugewendet. Die ersten Arbeiten aus dieser Zeit beziehen sich auf das Grundgesetz der Elektrodynamik. H. verwirft in denselben das Webersche elektrische Grundgesetz und setzt an dessen Stelle das sogen. Potenzialgesetz. Die Arbeiten wurden Anlaß zu einer ausgedehnten Diskussion über die Grundlagen der Elektrodynamik, an der sich Weber, C. Neumann, Zöllner u. a. beteiligten. H. selbst wies nach, daß für geschlossene Ströme die verschiedenen Theorien zu den gleichen Resultaten führen, daß ein Unterschied sich nur in dem Verhalten der Stromenden ungeschlossener Ströme ergebe. Versuche, die teils von H. selbst, teils auf seine Veranlassung von seinem Schüler Schiller ausgeführt wurden, ergaben ihm als Resultat, daß das von ihm aufgestellte Potenzialgesetz nicht mit der Erfahrung übereinstimme, daß es vielmehr in dem Sinne der Auffassung von Faraday und Maxwell, nach der auch die in den Isolatoren stattfindenden elektrischen Vorgänge in Betracht zu ziehen sind, ergänzt werden müsse. Neben diesen und weitern elektrischen Arbeiten erschienen Abhandlungen aus andern Gebieten, von denen nur die grundlegende Abhandlung über die Theorie der anomalen Dispersion und über die Anwendung der mechanischen Wärmetheorie auf die chemischen Vorgänge hervorgehoben werden mögen. Gesammelt erschienen: »Wissenschaftliche Abhandlungen« in 3 Bänden (Leipz. 1881–95), »Vorlesungen über theoretische Physik«, Bd. 1–3, 5 u. 6 (das. 1897–1903), und »Populäre wissenschaftliche Vorträge« (Braunschw. 1865–76, 3 Hefte; engl. Übersetzung, Lond. 1873–81, 2 Bde.), in dritter Auflage (1884) erweitert in 2 Bänden u. d. T. »Vorträge und Reden« (5. Aufl. 1903, 2 Bde.); mehrere Arbeiten erschienen in Ostwalds »Klassiker der exakten Wissenschaften«. 1899 wurde ihm im Vorgarten der Berliner Universität ein Denkmal (von E. Herter, s. Tafel »Berliner Denkmäler I«, Fig. 5) errichtet; ein zweites Denkmal steht in Berlin auf der Potsdamer Brücke; sein Bildnis s. Tafel »Physiker II«. Vgl. Königsberger, Hermann v. H. (Braunschw. 1902–03, 3 Bde.); die Gedächtnisreden und Nachrufe von Engelmann (Leipz. 1894), Hermann und Volkmann (Königsb. 1894),. Pernet (Zürich 1894), W. v. Bezold (Leipz. 1895), Epstein (Stuttg. 1896), Du Bois-Reymond (Leipz. 1897); Königsberger, Hermann v. H.' Untersuchungen über die Grundlagen der Mathematik und Mechanik (das. 1896); L. Goldschmidt, Kant und H. (Hamb. 1898); Groß, Robert Mayer und Hermann v. H. (Berl. 1898) und Hermann v. H. und die Erhaltung der Energie (das. 1902); Conrat, Hermann v. H.' psychologische Anschauungen (Halle 1904).