ヘルマン・フォン・ヘルムホルツ

ヘルムホルツはポツダムで生まれた。父親は地元のギムナジウム校長フェルディナント・ヘルムホルツで、古典文献学と哲学を専攻し、出版者で哲学者のイマヌエル・ヘルマン・フィヒテと親しい友人だった。ヘルムホルツの研究は、ヨハン・ゴットリープ・フィヒテとイマヌエル・カントの哲学に影響を受けており、生理学などの経験的な事柄に彼らの理論を当てはめようと試みた。

若い頃、ヘルムホルツは自然科学に興味を持っていたが、父親は彼に医学を学んでほしいと願っていた。ヘルムホルツは1842年にフリードリヒ・ヴィルヘルム医科外科研究所で医学博士号を取得し、シャリテ病院で1年間のインターンシップを行った^{[ 7 ]}（当時、医学生には経済的支援があったため）。

主に生理学を専門としていたヘルムホルツは、理論物理学から地球の年齢、太陽系の起源に至るまで、その他多くのテーマについて執筆した。

ヘルムホルツの最初の学術的な職は、1848年にベルリン芸術アカデミーの解剖学の教師であった。^{[ 8 ]}その後、1849年にプロイセンのケーニヒスベルク大学の生理学の准教授に就任した。1855年にはボン大学の解剖学と生理学の正教授に就任した。しかし、ボンではあまり幸せを感じず、3年後にバーデンのハイデルベルク大学に移り、そこで生理学の教授を務めた。1871年には、ベルリンのフリードリヒ・ヴィルヘルム大学の物理学教授として、最後の大学での職に就いた。

彼の最初の重要な科学的業績である1847年のエネルギー保存の法則に関する論文は、彼の医学研究と哲学的背景の文脈で書かれた。エネルギー保存に関する彼の研究は、筋肉代謝の研究中に始まった。彼は、筋肉を動かすのに必要な生命力はないという示唆に動機づけられ、筋肉の動きではエネルギーが失われないことを証明しようとした。これは、当時ドイツの生理学で支配的だった自然哲学と生命主義の思弁的伝統を否定するものであった。彼は、一部の生命主義者が主張する「生命力」が機械を無限に動かすことができるという議論に反対していた。^{[ 5 ]}

サディ・カルノー、ブノワ・ポール・エミール・クラペイロン、ジェームズ・プレスコット・ジュールらの先行研究に基づき、彼は力学、熱、光、電気、磁気を単一の力、あるいは現代の用語でいうエネルギーの現れとして扱うことで、それらの間の関係を仮定した。彼はその理論を著書『力の保存について』 （1847年）に発表した。^{[ 9 ]}

1850年代から60年代にかけて、ウィリアム・トムソンの著作を基に、ヘルムホルツとウィリアム・ランキンは宇宙の熱的死という概念を普及させるのに貢献した。

流体力学において、ヘルムホルツは非粘性流体における渦力学に関するヘルムホルツの定理など、数々の貢献をした。

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  ヘルムホルツの「Über die Erhaltung der Kraft」の 1889 年のコピー、no. 1
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  「Über die Erhaltung der Kraft」のタイトルページ、no. 1
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  「Über die Erhaltung der Kraft」の最初のページ、no. 1

ヘルムホルツは、人間の視覚と聴覚に関する科学的研究の先駆者でした。精神物理学に触発された彼は、測定可能な物理的刺激とそれに対応する人間の知覚との関係に関心を持っていました。例えば、音波の振幅は変化させることができ、それによって音は大きく聞こえたり小さく聞こえたりしますが、音圧振幅の線形変化は知覚される音量の線形変化にはつながりません。等間隔の変化が線形に感じられるためには、物理​​的な音を指数関数的に増加させる必要があり、この事実は現在の電子機器の音量制御に利用されています。ヘルムホルツは、物理エネルギー（物理学）とその認識（心理学）の関係に関する実験的研究の道を開き、「精神物理学的法則」を開発することを目標としていました。

ヘルムホルツの感覚生理学は、実験心理学の創始者の一人とされるヘルムホルツの弟子ヴィルヘルム・ヴントの研究の基礎となった。ヴントはヘルムホルツよりも明確に、自身の研究を経験哲学の一形態であり、精神を独立したものとして研究するものだと説明した。ヘルムホルツは、自然哲学を初期に否定した際に唯物論の重要性を強調し、「精神」と身体の統一性により重点を置いていた。^{[ 10 ]}

1851年、ヘルムホルツは眼底鏡の発明により眼科学の分野に革命をもたらしました。眼底鏡は人間の眼の内部を検査するための器具です。これにより、彼は一夜にして世界的に有名になりました。当時のヘルムホルツの関心は、感覚の生理学にますます集中していました。彼の主要な著作である『生理光学ハンドブック』（Handbuch der Physiologischen Optik 、第3巻の英語訳はこちら）は、奥行き知覚、色覚、運動知覚に関する経験的理論を提供し、19世紀後半のこの分野における基本的な参考書となりました。1867年に出版された第3巻（最終巻）で、ヘルムホルツは知覚における無意識的推論の重要性について述べています。このハンドブックは、1924年から1925年にかけて、アメリカ光学会のジェームズ・P・C・サウスオールの編集のもと、初めて英語に翻訳されました。彼の適応理論は、20世紀最後の10年間まで異論を唱えられることなく受け入れられた。

ヘルムホルツはその後数十年にわたり、この手引書の改訂版を幾度も書き続けた。空間視覚と色彩視覚に関して正反対の見解を持っていたエヴァルト・ヘリングとの論争のため、彼は頻繁に内容を改訂した。この論争は、1800年代後半の生理学界を二分することになった。

1849年、ケーニヒスベルク滞在中に、ヘルムホルツは神経線維に沿って信号が伝わる速度を測定した。当時、ほとんどの人は神経信号が神経に沿って計り知れないほど速く伝わると信じていた。^{[ 11 ]}彼は最近解剖されたカエルの坐骨神経と、それが付着しているふくらはぎの筋肉を使用した。彼は高感度な計時装置として検流計を使用し、針に鏡を取り付けて光線を部屋の向こう側で反射させ、はるかに高い感度が得られる目盛りに合わせました。^{[ 11 ]}ヘルムホルツは^{[ 12 ] [ 13 ]}毎秒24.6～38.4メートルの伝送速度を報告した。^{[ 11 ]}

1863年、ヘルムホルツは『音の感覚』を出版し、知覚の物理学への関心を再び示した。この本は20世紀まで音楽学者に影響を与えた。ヘルムホルツは、複数の音を含む複雑な音の純粋な正弦波成分のさまざまな周波数またはピッチを識別するためにヘルムホルツ共鳴器を発明した。^{[ 14 ]}

ヘルムホルツは、異なる共振器の組み合わせによって母音を模倣できることを示しました。特にアレクサンダー・グラハム・ベルはこのことに興味を持っていましたが、ドイツ語が読めなかったため、ヘルムホルツの図を、ヘルムホルツが電線で複数の周波数を送信した（電信信号の多重化が可能になる）という意味だと誤解しました。実際には、電気は共振器を動かし続けるためにのみ使用されていました。ベルはヘルムホルツが行ったと思ったことを再現できませんでしたが、後に、ドイツ語が読めたら、調和電信の原理に基づいて電話を発明することはなかっただろうと述べています。^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}

アレクサンダー・J・エリスによる翻訳は1875年に初めて出版された（最初の英語版は1870年のドイツ語第3版に基づくもので、エリスによる1877年のドイツ語第4版に基づく第2英語版は1885年に出版された。1895年と1912年の第3版と第4英語版は第2版の再版である）。^{[ 19 ]}

ヘルムホルツは1869年から1871年にかけて電気振動を研究し、1869年4月30日にハイデルベルク自然史医学協会で行った「電気振動について」と題する講演で、ライデン瓶に接続されたコイルで知覚できる減衰電気振動の持続時間は約1/50秒であることを指摘した。^{[ 20 ]}

1871年、ヘルムホルツはハイデルベルクからベルリンに移り、物理学の教授となった。彼は電磁気学に興味を持ち、ヘルムホルツ方程式は彼の名にちなんで名付けられた。彼はこの分野に大きな貢献はしなかったが、彼の教え子であるハインリヒ・ルドルフ・ヘルツは、電磁放射を初めて実証した人物として有名になった。オリバー・ヘヴィサイドは、ヘルムホルツの電磁気理論が縦波の存在を認めていることを批判した。ヘヴィサイドは、マクスウェル方程式の研究に基づいて、縦波は真空や均質な媒質中には存在できないと主張した。しかし、ヘヴィサイドは、縦方向の電磁波が境界や閉鎖空間に存在できることには言及しなかった。^{[ 21 ]}

• 力の保存について（1847年） HathiTrust
• Lehre von den Tonempfindungen als physiologische Grundlage für die Theorie der Musik (フランス語)。パリス：マッソン。 1874年。
• ヘルムホルツ、ヘルマン（1876）。「顕微鏡の光学容量の限界について」。月刊顕微鏡学雑誌。16：15–39。doi ： 10.1111 / j.1365-2818.1876.tb05606.x。
• 人気の情報。ニューヨーク：アップルトン。 1885年。
• 力の保存について（1895年） 1862年から1863年の冬にカールスルーエで行われた一連の講義の序論
• 音の感覚を音楽理論の生理学的基礎として考察する（カリフォルニア・デジタル・ライブラリーからダウンロード可能）1877年のドイツ語第4版に基づく英語翻訳第3版、ヘルマン・フォン・ヘルムホルツ、アレクサンダー・ジョン・エリス著、ロングマンズ・グリーン社刊、1895年、576ページ
• ヘルマン・フォン・ヘルムホルツ、アレクサンダー・ジョン・エリス著『音の感覚：音楽理論の生理学的基礎』（Googleブックスからダウンロード可能）第4版、ロングマンズ・グリーン社刊、1912年、575ページ
• 生理光学に関する論文（1910年）、全3巻。アメリカ光学会による英語訳（1924～25年）。
• 科学分野に関する人気講演集（1885年）
• 科学分野に関する人気講演会第2シリーズ（1908年）

• カーハン、デイヴィッド・ヘルムホルツ：科学における生涯。 シカゴ大学出版局、2018年 。ISBN 978-0-226-48114-2。
• コーエン、ロバート、およびワートフスキー、マルクス編、ライデル訳。ヘルムホルツ：認識論的著作集、1977年。
• エヴァルト、ウィリアム・B.編『カントからヒルベルトまで：数学の基礎に関する資料集』全2巻、オックスフォード大学出版局、1996年。
  • 1876年。「幾何学的公理の起源と意味」、663-88頁。
  • 1878年。「知覚における事実」、698-726頁。
  • 1887年。「認識論的観点からの数え方と測定」、727-52頁。
• グラウンドウォーター、ジェニファー。『アレクサンダー・グラハム・ベル：発明の精神』カルガリー：アルティチュード・パブリッシング、2005年。ISBN 1-55439-006-0。
• ジャクソン、マイルズ・W. 『調和のとれた三和音：19世紀ドイツの物理学者、音楽家、楽器製作者』（MIT Press、2006年）。
• Kahl, Russell 編。ウェズリアン。ヘルマン・フォン・ヘルムホルツ選集、大学出版局、1971 年。
• ケーニヒスベルガー、レオ。『ヘルマン・フォン・ヘルムホルツ』フランシス・A・ウェルビー訳（ドーバー出版、1965年）
• マッケンジー、キャサリン。『アレクサンダー・グラハム・ベル』。モンタナ州ホワイトフィッシュ：ケシンジャー出版、2003年。ISBN 978-0-7661-4385-22009年7月29日取得。
• シュルマン、セス。『電話の策略：アレクサンダー・ベルの秘密を追って』ニューヨーク：ノートン＆カンパニー、2008年。ISBN 978-0-393-06206-9。