亥姆霍兹

[拼音]：Haimuhuozi

[外文]：Hermann von Helmholtz (1821～1894)

亥姆霍兹，H.von，德国物理学家、生理学家。1821年10月31日生于柏林的波茨坦。中学毕业后由于经济上的原因未能进大学，以毕业后需在军队服役 8年的条件取得公费进了在柏林的王家医学科学院。学习期间，还在柏林大学听了许多化学和生理学课程，自修了P.S.M.拉普拉斯、J.-B.毕奥和d.伯努利等人的数学著作和I.康德的哲学著作。1842年获得医学博士学位后，被任命为驻波茨坦驻军军医，这期间他开始研究生理学特别是感觉生理学。1847年他在新成立的德国物理学会发表了著名的“关于力的守恒”讲演，在科学界赢得很大的声望，从而第二年被特许从军队退役，担任柯尼斯堡大学的生理学副教授。

亥姆霍兹在这次著名的讲演中，详细地从当时已有的科学成果第一次以数学方式提出今天大家理解的能量守恒定律。主要的论点是：

（1）一切科学都可以归结到力学；

（2）证明了牛顿力学和拉格朗日力学在数学上是等价的，因而可以用拉格朗日的方法以力所传递的能量或它所作的功来量度力；

（3）所有这种能量是守恒的。

他发展了j.r.迈尔、j.p.焦耳等人的工作，讨论了当时已知的力学的、热学的、电学的、化学的各种科学成果，严谨地论证了各种运动中能量的守恒定律。这次讲演的内容后来写成专著《力之守恒》(Erhaltung der KRaft)出版。

在柯尼斯堡工作期间，亥姆霍兹测量了神经刺激的传播速度，发表了生理力学和生理光学方面的研究成果，并在德国各大学讲学。他还在1851年发明至今仍为眼科检查使用的检眼镜，并且提出了这种仪器的数学理论。1853年他第一次访问英国，同W.汤姆孙（即开尔文）成为挚友。

亥姆霍兹在1855年转到波恩大学任解剖学和生理学教授，就在这时出版了《生理学手册》的第一卷，并开始致力于流体力学的涡流研究。1857年起他担任海德堡大学的生理学教授。他利用共鸣器(称亥姆霍兹共鸣器)来分离并加强声音的谐音。他指出同一频率和同一音强的声音由于倍频的不同而具有不同音色。1863年出版了他的巨著《音调的生理基础》。他还在当时的解剖学基础上研究人耳的听觉。

1868年亥姆霍兹认为生理学已经扩大到不是一个人所能掌握的范围了；并且认为在德国，生理学已很有成就而物理学却停滞不前；于是他转向物理学，于1871年任柏林大学物理学教授。

在柏林，他开始研究电磁作用理论，由于他的一系列讲演，j.c.麦克斯韦的电磁理论才真正引起欧洲大陆物理学家的注意，并且导致他的学生h.r.赫兹在电磁波的研究中取得巨大的成就。他还研究过化学过程中的热力学，在1882年发表论文《化学过程的热力学》；把化学反应中的“束缚的”和“自由的”能量区别开来，前者只能转化为热，而后者却可以转化为其他形式的能量。从r.克劳修斯的方程，亥姆霍兹推导出早于j.w.吉布斯提出的方程F=U -TS，此方程后来被称为吉布斯－亥姆霍兹方程，其中F是自由能，U是总内能，T是热力学温度，而S就是熵。在吉布斯的转述中，U应当是焓。

亥姆霍兹不仅对当时的医学、生理学和物理学有重大的贡献，而且还一直致力于哲学认识论。l.玻耳兹曼曾经说过：“亥姆霍兹在四个领域中──哲学、数学、物理学和生物学──获得同样巨大成就。”他的“关于力的守恒”的讲演，就显示出他在这四个领域的成就，他把牛顿力学同拉格朗日力学统一起来，把当时生理学理论的“有生命力的”能量归结为物理学的能量，用数学形式表述了物理学和化学过程中能量转化的统一，而在这篇专论的开头，就提出他在认识论上的信念：世界是物质的，而物质必定守恒。