亥姆霍茲

德國生物物理學家、數學家。“能量守恆定律”的創立者。在生理學、光學、電動力學、數學、熱力學等領域中均有重大貢獻。研究了眼的光學結構，發展了梯·揚格韻色覺理論，即揚格—亥姆霍茲理論；對肌肉活動的研究使他豐富了早些時候朱利葉斯·邁耶和詹姆斯·焦爾的理論，創立了能量守恆學說。

基本介紹

• 中文名：亥姆霍茲
• 外文名：Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz
• 國籍：德國
• 出生日期：1821
• 逝世日期：1894
• 職業：生物物理學家、數學家

早期生涯

赫爾曼·路德維希·斐迪南德·馮·亥姆霍茲（Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz，1821～1894）德國物理學家、數學家、生理學家、心理學家。1821 年8月31日生於柏林波茨坦，中學畢業後由於經濟上的原因未能進大學，以畢業後需在軍隊服役 8年的條件取得公費進了在柏林的王家醫學科學院。學習期間，還在柏林大學聽了許多化學和生理學課程，自修了P.S.M.拉普拉斯、J.-B.畢奧和D.伯努利等人的數學著作和I.康德的哲學著作。1842年獲醫學博士學位後，被任命為波茨坦駐軍軍醫。這期間他開始研究生理學特別是感覺生理學。1847年他在德國物理學會發表了關於力的守恆講演，在科學界贏得很大聲望，次年擔任了柯尼斯堡大學生理學副教授。亥姆霍茲在這次講演中，第一次以數學方式提出能量守恆定律。在科學界贏得很大的聲望，從而第二年被特許從軍隊退役，擔任柯尼斯堡大學的生理學副教授。

亥姆霍茲

能量守恆

他演講的主要論點是：①一切科學都可以歸結到力學。②強調了牛頓力學和拉格朗日力學在數學上是等價的，因而可以用拉氏方法以力所傳遞的能量或它所作的功來量度力。③所有這種能量是守恆的。亥姆霍茲發展了邁爾（Julius Robert Mayer）、詹姆斯·普雷斯科特·焦耳（James Prescott Joule）等人的工作，討論了已知的力學的、熱學的、電學的、化學的各種科學成果，嚴謹地論證了各種運動中能量守恆定律。這次講演內容後來寫成專箸《力之守恆》出版。在柯尼斯堡工作期間，亥姆霍茲測量了神經刺激的傳播速度，發表了生理力學和生理光學方面的研究成果。在1851年他發明了眼科使用的檢眼鏡，並提出了這一儀器的數學理論。1855年他轉到波恩大學任解剖學和生理學教授，出版了《生理學手冊》第一卷，並開始流體力學的渦流研究。1857年起，他擔任海德堡大學生理學教授。他利用共鳴器（稱亥姆霍茲共鳴器）分離並加強聲音的諧音。1863年出版了他的巨著《音調的生理基礎》。

1868年亥姆霍茲研究方向轉向物理學，於1871年任柏林大學物理學教授。從1871年開始，亥姆霍茲的研究方向轉向物理學。在電磁理論方面，他測出電磁感應的傳播速度為314000km/s，由法拉第電解定律推導出電可能是粒子。由於他的一系列講演，麥克斯韋的電磁理論才真正引起歐洲大陸物理學家的注意，並且導致他的學生赫茲於1887年用實驗證實電磁波的存在以及取得一系列重大成果。在熱力學研究方面，於1882年發表論文《化學過程的熱力學》，他把化學反應中的“束縛能”和“自由能’區別開來，指出前者只能轉化為熱，後者卻可以轉化為其他形式的能量。他從克勞修斯的方程，導出了後來稱作的吉布斯－亥姆霍茲方程。他還研究了流體力學中的渦流、海浪形成機理和若干氣象問題。

在數學中，他研究了黎曼空間的幾何、黎曼度量和數學物理中的退化波動方程等課題。他提出的後經李改進了的有關黎曼度量的論斷以及李-亥姆霍茲空間問題的重要性在許多自然科學領域中都得到了證實。

所獲榮譽

亥姆霍茲的一生，研究領域十分廣泛，除物理學外，在生理光學和聲學、數學、哲學諸方面都作出了重大貢獻。他測定了神經脈衝的速度，重新提出托馬斯·楊的三原色視覺說研究了音色、聽覺和共鳴理論，發明了驗目鏡、角膜計、立體望遠鏡。他對黎曼創立的非歐幾何學也有研究。曾榮任柏林大學校長（1877）和國家物理工程研究所所長（1888），主張基礎理論與套用研究並重。亥姆霍茲不僅對醫學、生理學和物理學有重大貢獻，而且一直致力於哲學認識論。他確信：世界是物質的，而物質必定守恆。但他企圖把一切歸結為力，是機械唯物論者，這是當時文化、社會、歷史條件的局限性所致。他的成就被國際學術界所承認，1860年被選為倫敦皇家學會會員，並獲該會1873年度科普利獎章。1887年，亥姆霍茲任國家科學技術局主席。在該局工作中他也十分重視基礎理論研究。1894年9月8日在夏洛滕堡逝世。

亥姆霍茲線圈

研究方向

亥姆霍茲就是從永動機不可能實現的這個事實入手研究發現能量轉化和守恆原理的。他在論文中寫道：“鑒於前人試驗的失敗，人們……不再詢問‘我如何能利用各種自然力之間已知和未知的關係來創造一種永恆的運動，而是問道‘如果永恆的運動是不可能的，在各種自然力之間應該存在著什麼樣的關係？'”