Hermann von Helmholtz

Hermann von Helmholtz (Ritratto di Ludwig Knaus, 1881)

Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz (Potsdam, 31 agosto 1821 – Berlino-Charlottenburg, 8 settembre 1894) è stato un medico, fisiologo e fisico tedesco. Un vero homo universalis, fu uno degli scienziati più poliedrici del suo tempo e venne soprannominato Cancelliere della fisica.

Vita

Hermann von Helmholtz (Fotografia)

Statua di Helmholtz di fronte alla Humboldt-Universität a Berlino

Primogenito dell'insegnante ginnasiale Ferdinand Helmholtz e di Caroline Penne, studiò medicina all'Istituto medico-chirurgico "Friedrich-Wilhelm" a Berlino, dove si laureò nel 1842 discutendo la sua tesi di laurea, in latino, sul tema: Struttura del sistema nervoso degl'invertebrati. Visto che questo corso di studi prevedeva un successivo impegno al servizio militare di otto anni, Helmholtz dal 1843 servì prima come chirurgo presso lo squadrone degli Ussari, poi come medico presso il reggimento della Guardia di stanza a Potsdam. In questo periodo, con mezzi di fortuna, svolse ricerche sul principio di conservazione dell'energia, pubblicando nel 1847 un fondamentale articolo.

Nel 1848, in seguito all'interessamento di Alexander von Humboldt, fu anticipatamente congedato dal servizio militare, ed in prima istanza iniziò ad insegnare anatomia all'accademia d'arte di Berlino. Nel 1849 ottenne una cattedra come professore di fisiologia e patologia a Kaliningrad, allora avente nome come Königsberg; qui svolse importanti ricerche sulla velocità di trasmissione degli impulsi nervosi e iniziò a interessarsi di acustica e di ottica fisiologica (nel 1850 inventò, tra l'altro, l'oftalmoscopio).

Nel 1855 passò alla cattedra di anatomia e fisiologia a Bonn, nel 1858 quella di fisiologia a Heidelberg (dove rimase fino al 1871). A Heidelberg, compì ampi studi sui moti dell'atmosfera e, in particolare, sulla dinamica dei vortici in un fluido perfetto che verranno ripresi da Lord Kelvin e Peter Guthrie Tait nell'ambito del modello del atomi-vortice; svolse, inoltre ricerche sui fondamenti della matematica e della geometria (in particolare delle geometrie non-euclidee).

Nel 1870 Helmholtz divenne membro dell'Accademia delle scienze Prussiana. Nel 1871 si trasferirì a Berlino come professore di fisica. Nel 1876 fu nominato rettore dell'Università di Berlino. Gli anni berlinesi furono particolarmente importanti per i suoi studi sull'elettrodinamica: nel 1881, in un famoso intervento, suggerì, tra i primi, l'idea di "atomo di elettricità" (unità indivisibile di carica elettrica), e in seguito sostenne il lavoro del suo allievo Hertz.

Nel 1887 Helmholtz divenne il primo presidente dell'appena fondato Istituto Nazionale di Fisica e Tecnica (Physikalisch-Technischen Reichsanstalt) a Charlottenburg.

Nel 1891 viene elevato al rango nobiliare dall'ultimo imperatore di Germania Guglielmo II e diventa ufficialmente von Helmholtz.

Von Helmholtz si sposò il 26 agosto 1849 con Olga von Velten (1827-1859), ed in seguito alla morte di questa, il 16 maggio 1861 si risposò con Anna von Mohl (1834-1899), ebbe 5 figli (3 maschi e 2 femmine).

Attività scientifica

All'inizio del suo lavoro scientifico Helmholtz, tramite ricerche sulla fermentazione, decomposizione e la produzione di calore degli esseri viventi (che ricondusse soprattutto all'attività muscolare), giunse alla formulazione della legge di conservazione dell'energia. Nel suo libro "Sulla conservazione dell'energia" (Über die Erhaltung der Kraft, 1847) formulò il principio in maniera più dettagliata di Julius Robert von Mayer nel 1842, e in questo modo contribuì in maniera significativa all'accettazione di questo principio inizialmente molto controverso. Applicando il principio di conservazione agli esseri viventi, Helmholtz contraddisse il Vitalismo, che poneva una "forza vitale" a fondamento della vita. Successivamente Helmholtz precisò il principio per le reazioni chimiche e nel 1881 introdusse il concetto di energia libera, distinguendola dall'energia legata.

Già nel 1842 Helmholtz dimostrò l'origine delle fibre nervose dai gangli. Nel 1852 gli riuscì la misurazione della velocità di propagazione di impulsi nervosi. Continuando le sue ricerche fisiologiche sul sistema nervoso, si occupò della fisiologia dell'orecchio, dell'occhio, dell'udito e della vista.

Oggi è considerato uno dei padri di ottica ed acustica, per le sue modifiche sostanziali del concetto classico di percezione. Sviluppò una teoria matematica per spiegare il timbro in base agli armonici naturali, la teoria della risonanza su cui basò la sua opera "La teoria delle sensazioni tonali come base fisiologica della teoria musicale" ("Die Lehre von den Tonempfindungen als physiologische Grundlage für die Theorie der Musik", 1863). Helmholtz portò la teoria tricromatica sviluppata da Thomas Young al successo, inventò nel 1850 l'oftalmoscopio per studiare l'occhio, nel 1851 l'oftalmometro per stabilire il grado di curvatura della cornea e nel 1857 il telestereoscopio. In chiusura del suo "Manuale di Fisiologia Ottica" del 1856-67, spiegò il ruolo che il "riflesso incondizionato" gioca nel processo percettivo.

Con la creazione di una "teoria sui vortici" (1858 e 1868) riguardante il comportamento ed il moto dei vortici in flusso laminare, Helmholtz pose i fondamenti dell'idrodinamica.

Nelle sue ricerche sull'elettrodinamica Helmholtz cercò un compromesso tra la teoria di Franz Ernst Neumann e James Clerk Maxwell. Le sue ricerche su trombe d'aria, temporali, e ghiacciai resero Helmholtz tra i fondatori della teoria scientifica della meteorologia.

Nella teoria della cognizione Helmholtz discusse di calcolo e misurazione ed anche della validità generale del principio di minima azione.

In contrapposizione ad Immanuel Kant e con la collaborazione di Thomas Achelis rifiutò il concetto di forma a priori e pertanto appoggiò lo sviluppo delle geometrie non euclidee.

Bobina di Helmholtz

Una semplice geometria, spesso utilizzata, per la produzione di campi magnetici uniformi. Il dispositivo consiste di due bobine, con ugual numero di convoluzioni e ugual raggio, poste a una distanza uguale al raggio delle bobine stesse. Attraverso tali bobine scorre una corrente, che ha la stessa direzione per entrambe le bobine. Il dispositivo fu chiamato così in suo onore.

Risonanza di Helmholtz

Nell'analisi dei suoni, Helmholtz utilizzò un risonatore (un dispositivo oscillante che comincia ad oscillare a determinate frequenze, dette autofrequenze di risonanza), consistente in una sfera cava sulla cui superficie era stata praticata un'apertura. Il risonatore di Helmholtz è usato ancor oggi, per esempio nei motori Porsche, per ottimizzare il flusso dei gas di scarico a determinati regimi di giri, ciò conferisce il caratteristico "sound" ai motori della casa tedesca. Anche le casse acustiche bass reflex si basano su questo dispositivo.

Equazione differenziale di Helmholtz

Ad Helmholtz si deve anche una equazione alle derivate parziali

$\nabla^2 \varphi + k^2 \varphi = 0$

dove $\nabla^2$ è l'operatore di Laplace.

È usata in fisica, per esempio nella soluzione dell'equazione delle onde, consentendo la separazione delle variabili e la determinazione di una soluzione armonica dipendente dal tempo.

Onorificenze

	Cavaliere dell'Ordine di Massimiliano per le Scienze e le Arti
	— 1867

Opere

• Über die Akademische Freiheit der deutschen Universitäten, Rede beim Antritt des Rectorats an der Friedrich-Wilhelms-Universität zu Berlin am 15. October 1877 gehalten, Nachdr. der Ausg. Berlin, Hirschwald, 1878, Hrsg.: Universitätsbibliothek der Humboldt-Universität zu Berlin 2005
• Schriften zur Erkenntnistheorie, kommentiert von Moritz Schlick und Paul Hertz, hrsg. von Ecke Bonk, Wien; New York: Springer 1998, ISBN 3-211-82770-6
• Über die Erhaltung der Kraft (1847)/ Über Wirbelbewegungen (1858), hrsg. von A. Wangerin, 2. Aufl., Reprint der Ausg. Leipzig, Engelmann, Thun; Frankfurt am Main: Deutsch 1996, ISBN 3-8171-3001-5
• Abhandlungen zur Philosophie und Geometrie, Hrsg. u. eingel. von Sabine S. Gehlhaar, Cuxhaven: Junghans 1987, ISBN 3-926848-00-6
• Die Lehre von den Tonempfindungen als physiologische Grundlage für die Theorie der Musik, Unveränd. Nachdr. d. Ausg. Braunschweig 1863, Frankfurt/Main: Minerva-Verlag 1981, ISBN 3-8102-0715-2
• Beschreibung eines Augenspiegels zur Untersuchung der Netzhaut im lebenden Auge, Unveränd. Nachdr. d. Ausg. Leipzig, J. A. Barth, 1910, Leipzig 1968
• Das Denken in der Naturwissenschaft, Unveränd. reprograf. Nachdr. Darmstadt: Wissenschaftliche Buchges. 1968
• Die Tatsachen in der Wahrnehmung/ Zählen und Messen erkenntnistheoretisch betrachtet, Unveränd., fotomechan. Nachdr. Darmstadt: Wissenschaftl. Buchgesellsch. 1959
• Opere di Hermann von Helmholtz, (a cura di V. Cappelletti), Torino, UTET, 1967

Bibliografia

• Questo testo proviene in parte, o integralmente, dalla relativa voce del progetto Mille anni di scienza in Italia, opera dell'Istituto Museo di Storia della Scienza di Firenze (home page), rilasciata sotto licenza Creative Commons CC-BY-3.0

Voci correlate

• Risonanza di Helmholtz
• Energia libera di Helmholtz
• Meccanismo di Kelvin-Helmholtz
• Teorema di Helmholtz
• Notazione di Helmholtz
• Teoria di Young-Helmholtz

Altri progetti

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• Commons contiene immagini o altri file su Hermann von Helmholtz

Collegamenti esterni

• (EN) Biografia in MacTutor
• (EN) Biografia in NNDB
• (EN) Breve biografia e link
• Wolfgang U. Eckart: Von der physikalischen Physiologie zur mathematischen Physik. (L'attività di Hermann von Helmholtz a Heidelberg dal 1858 al 1871)
• Hermann von Helmholtz: Die Lehre von den Tonempfindungen als Physiologische Grundlage für die Theorie der Musik
• Aspi - Archivio storico della psicologia italiana

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