Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz ( en alemán : [ ˈhɛʁ.man vɔn ˈhɛlmˌhɔlts ] ; 31 de agosto de 1821 - 8 de septiembre de 1894) fue un físico y médico alemán que realizó importantes contribuciones en varios campos científicos, en particular en la estabilidad hidrodinámica . [ 2 ] La Asociación Helmholtz , la asociación alemana más grande de instituciones de investigación , lleva su nombre en su honor. [ 3]
En los campos de la fisiología y la psicología , Helmholtz es conocido por sus matemáticas relacionadas con el ojo , teorías de la visión , ideas sobre la percepción visual del espacio, investigación de la visión del color , la sensación del tono, percepciones del sonido y empirismo en la fisiología de la percepción. En física , es conocido por sus teorías sobre la conservación de la energía y sobre la doble capa eléctrica , trabajo en electrodinámica , termodinámica química y sobre una base mecánica de la termodinámica . Aunque el crédito se comparte con Julius von Mayer , James Joule y Daniel Bernoulli —entre otros— por los principios de conservación de la energía que eventualmente llevaron a la primera ley de la termodinámica , se le atribuye la primera formulación del principio de conservación de la energía en su forma máximamente general. [4]
Como filósofo , es conocido por su filosofía de la ciencia , sus ideas sobre la relación entre las leyes de la percepción y las leyes de la naturaleza , la ciencia de la estética y sus ideas sobre el poder civilizador de la ciencia. A finales del siglo XIX, el desarrollo por parte de Helmholtz de una metodología ampliamente kantiana, que incluía la determinación a priori de la variedad de orientaciones posibles en el espacio perceptivo, había inspirado nuevas lecturas de Kant [4] y contribuyó al movimiento neokantista moderno tardío en filosofía. [5]
Helmholtz nació en Potsdam , hijo del director del instituto local , Ferdinand Helmholtz, que había estudiado filología clásica y filosofía , y que era amigo íntimo del editor y filósofo Immanuel Hermann Fichte . La obra de Helmholtz estuvo influida por la filosofía de Johann Gottlieb Fichte e Immanuel Kant . Intentó rastrear sus teorías en cuestiones empíricas como la fisiología .
De joven, Helmholtz se interesó por las ciencias naturales, pero su padre quería que estudiara medicina. Helmholtz obtuvo un doctorado en medicina en el Instituto Médico Quirúrgico Friedrich-Wilhelm en 1842 y realizó una pasantía de un año en el hospital Charité [6] (porque había apoyo financiero para los estudiantes de medicina).
Formado principalmente en fisiología, Helmholtz escribió sobre muchos otros temas, desde la física teórica hasta la edad de la Tierra y el origen del Sistema Solar .
El primer puesto académico de Helmholtz fue como profesor de anatomía en la Academia de Artes de Berlín en 1848. [7] Luego pasó a ocupar un puesto de profesor asociado de fisiología en la Universidad prusiana de Königsberg , donde fue nombrado en 1849. En 1855 aceptó una cátedra de anatomía y fisiología en la Universidad de Bonn . Sin embargo, no estaba particularmente feliz en Bonn y tres años más tarde se trasladó a la Universidad de Heidelberg , en Baden , donde se desempeñó como profesor de fisiología. En 1871 aceptó su último puesto universitario, como profesor de física en la Universidad Friedrich Wilhelm de Berlín.
Su primer logro científico importante, un tratado de 1847 sobre la conservación de la energía , fue escrito en el contexto de sus estudios médicos y su formación filosófica. Su trabajo sobre la conservación de la energía surgió mientras estudiaba el metabolismo muscular . Trató de demostrar que no se pierde energía en el movimiento muscular, motivado por la implicación de que no había fuerzas vitales necesarias para mover un músculo. Esto fue un rechazo de la tradición especulativa de la Naturphilosophie y el vitalismo que era en ese momento un paradigma filosófico dominante en la fisiología alemana. Estaba trabajando en contra del argumento, promovido por algunos vitalistas, de que la "fuerza viva" puede impulsar una máquina indefinidamente. [4]
Basándose en los trabajos anteriores de Sadi Carnot , Benoît Paul Émile Clapeyron y James Prescott Joule , postuló una relación entre la mecánica , el calor , la luz , la electricidad y el magnetismo al tratarlos a todos como manifestaciones de una única fuerza , o energía en la terminología actual. Publicó sus teorías en su libro Über die Erhaltung der Kraft ( Sobre la conservación de la fuerza , 1847). [8]
En las décadas de 1850 y 1860, basándose en las publicaciones de William Thomson , Helmholtz y William Rankine ayudaron a popularizar la idea de la muerte térmica del universo .
En dinámica de fluidos, Helmholtz hizo varias contribuciones, incluidos los teoremas de Helmholtz para la dinámica de vórtices en fluidos no viscosos.
Helmholtz fue un pionero en el estudio científico de la visión y audición humana. Inspirado por la psicofísica , se interesó en las relaciones entre los estímulos físicos mensurables y sus correspondientes percepciones humanas. Por ejemplo, la amplitud de una onda sonora puede variar, haciendo que el sonido parezca más fuerte o más suave, pero un paso lineal en la amplitud de la presión sonora no da como resultado un paso lineal en la sonoridad percibida. El sonido físico debe aumentarse exponencialmente para que los pasos iguales parezcan lineales, un hecho que se utiliza en los dispositivos electrónicos actuales para controlar el volumen. Helmholtz allanó el camino en los estudios experimentales sobre la relación entre la energía física (física) y su apreciación (psicología), con el objetivo en mente de desarrollar "leyes psicofísicas".
La fisiología sensorial de Helmholtz fue la base del trabajo de Wilhelm Wundt , un estudiante de Helmholtz, considerado uno de los fundadores de la psicología experimental . Más explícitamente que Helmholtz, Wundt describió su investigación como una forma de filosofía empírica y como un estudio de la mente como algo separado. Helmholtz había, en su temprano repudio de la Naturphilosophie , enfatizado la importancia del materialismo y se estaba centrando más en la unidad de la "mente" y el cuerpo. [9]
En 1851, Helmholtz revolucionó el campo de la oftalmología con la invención del oftalmoscopio , un instrumento utilizado para examinar el interior del ojo humano . Esto lo hizo mundialmente famoso de la noche a la mañana. Los intereses de Helmholtz en ese momento se centraron cada vez más en la fisiología de los sentidos. Su principal publicación, titulada Handbuch der Physiologischen Optik ( Manual de óptica fisiológica o Tratado de óptica fisiológica ; traducción al inglés del tercer volumen aquí), proporcionó teorías empíricas sobre la percepción de profundidad , la visión del color y la percepción del movimiento , y se convirtió en la obra de referencia fundamental en su campo durante la segunda mitad del siglo XIX. En el tercer y último volumen, publicado en 1867, Helmholtz describió la importancia de las inferencias inconscientes para la percepción. El Handbuch fue traducido por primera vez al inglés bajo la dirección de James PC Southall en nombre de la Optical Society of America en 1924-5. Su teoría de la acomodación no fue cuestionada hasta la última década del siglo XX.
Helmholtz continuó trabajando durante varias décadas en varias ediciones del manual, actualizando con frecuencia su trabajo debido a su disputa con Ewald Hering , quien sostenía opiniones opuestas sobre la visión espacial y del color. Esta disputa dividió la disciplina de la fisiología durante la segunda mitad del siglo XIX.
En 1849, mientras estaba en Königsberg, Helmholtz midió la velocidad a la que la señal se transmite a lo largo de una fibra nerviosa. En ese momento, la mayoría de la gente creía que las señales nerviosas pasaban a través de los nervios a una velocidad inconmensurablemente rápida. [10] Utilizó un nervio ciático recientemente diseccionado de una rana y el músculo de la pantorrilla al que estaba unido. Utilizó un galvanómetro como un dispositivo de cronometraje sensible, colocando un espejo en la aguja para reflejar un haz de luz a través de la habitación a una escala que proporcionaba una sensibilidad mucho mayor. [10] Helmholtz informó [11] [12] velocidades de transmisión en el rango de 24,6 a 38,4 metros por segundo. [10]
En 1863, Helmholtz publicó Sensations of Tone , demostrando una vez más su interés por la física de la percepción. Este libro influyó en los musicólogos hasta el siglo XX. Helmholtz inventó el resonador de Helmholtz para identificar las distintas frecuencias o tonos de los componentes de onda sinusoidal pura de sonidos complejos que contienen múltiples tonos . [13]
Helmholtz demostró que diferentes combinaciones de resonadores podían imitar los sonidos vocálicos : Alexander Graham Bell , en particular, estaba interesado en esto, pero, al no poder leer alemán, malinterpretó los diagramas de Helmholtz como si significaran que Helmholtz había transmitido múltiples frecuencias por cable, lo que permitiría la multiplexación de señales telegráficas, mientras que, en realidad, la energía eléctrica se utilizó solo para mantener los resonadores en movimiento. Bell no logró reproducir lo que creía que había hecho Helmholtz, pero luego dijo que, si hubiera podido leer alemán, no habría inventado el teléfono basándose en el principio del telégrafo armónico . [14] [15] [16] [17]
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La traducción de Alexander J. Ellis se publicó por primera vez en 1875 (la primera edición en inglés fue de la tercera edición alemana de 1870; la segunda edición en inglés de Ellis de la cuarta edición alemana de 1877 se publicó en 1885; las tercera y cuarta ediciones en inglés de 1895 y 1912 fueron reimpresiones de la segunda). [18]
Helmholtz estudió los fenómenos de las oscilaciones eléctricas entre 1869 y 1871, y en una conferencia pronunciada en la Naturhistorisch-medizinischen Vereins zu Heidelberg (Asociación de Historia Natural y Medicina de Heidelberg) el 30 de abril de 1869, titulada Sobre las oscilaciones eléctricas , indicó que las oscilaciones eléctricas amortiguadas perceptibles en una bobina unida a una botella de Leyden tenían una duración de aproximadamente 1/50 de segundo. [19]
En 1871, Helmholtz se mudó de Heidelberg a Berlín para convertirse en profesor de física. Se interesó en el electromagnetismo , y la ecuación de Helmholtz lleva su nombre. Aunque no hizo grandes contribuciones a este campo, su alumno Heinrich Rudolf Hertz se hizo famoso por ser el primero en demostrar la radiación electromagnética . Oliver Heaviside criticó la teoría electromagnética de Helmholtz porque permitía la existencia de ondas longitudinales . Basándose en el trabajo sobre las ecuaciones de Maxwell , Heaviside pronunció que las ondas longitudinales no podían existir en el vacío o en un medio homogéneo. Sin embargo, Heaviside no señaló que las ondas electromagnéticas longitudinales pueden existir en un límite o en un espacio cerrado. [20]
El trabajo científico de Helmholtz en fisiología y mecánica dio origen a mucho de lo que es conocido en filosofía de la ciencia , incluidas ideas sobre la relación entre las leyes de la percepción y las leyes de la naturaleza y su rechazo del uso exclusivo de la geometría euclidiana . [21]
Su filosofía de la ciencia oscilaba entre alguna versión del empirismo y el trascendentalismo . [22] A pesar de las asociaciones especulativas de este último, su filosofía de la ciencia está en deuda con su uso de la física matemática para suplantar al vitalismo y articular el principio general de conservación de la energía. [4]
Su rechazo de la geometría euclidiana como la única ciencia posible del espacio es fundamental para entender su apropiación de la filosofía del espacio de Kant, que aparentemente requiere que la geometría euclidiana sea esa ciencia a priori exclusiva del espacio físico . Helmholtz introdujo una nueva concepción de lo a priori en el espacio: la de la determinación de la multiplicidad de orientaciones posibles en el espacio perceptual. Estos desarrollos inspiraron nuevas lecturas de Kant [4] y contribuyeron al surgimiento del movimiento neokantista moderno tardío en filosofía.
Entre otros estudiantes e investigadores asociados de Helmholtz en Berlín se encuentran Max Planck , Heinrich Kayser , Eugen Goldstein , Wilhelm Wien , Arthur König , Henry Augustus Rowland , Albert A. Michelson , Wilhelm Wundt , Fernando Sanford y Michael I. Pupin . Leo Koenigsberger , que fue su colega de 1869 a 1871 en Heidelberg, escribió su biografía definitiva en 1902.
Este movimiento se inspiró en un elenco diverso de filósofos, principalmente, Kuno Fischer (Fischer 1860), Hermann von Helmholtz (Helmholtz 1867, 1878), Friedrich Lange (Lange 1866), Otto Liebmann (Liebmann 1865) y Eduard Zeller (Zeller 1862)), quienes a mediados del siglo XIX pedían un retorno a la filosofía de Kant como alternativa tanto a la metafísica especulativa como al materialismo (Beiser 2014b).
La peculiar oscilación de Hermann von Helmholtz entre el empirismo y el trascendentalismo en su filosofía de la ciencia en general, y en su teoría de la percepción en particular, es un tema muy debatido y bien documentado en la historia y la filosofía de la ciencia.
