Герман ГЕЛЬМГОЛЬЦ

Акад. П. П. ЛАЗАРЕВ

Среди ученых прошлого столетия совершенно особое место занимает Гельмгольц, один из величайших естествоиспытателей, имя которого можно поставить наряду с именами Архимеда и Ньютона.

Математика, механика, физика, физиология, метеорология, психология и теория познания в его трудах получили те незыблемые основы, на которых уже более полустолетия строится современная наука. Ученики Гельмгольца и его последователи расширили и углубили проблемы, заложенные их великим учителем, и многие теории в современной науке до сих пор носят печать влияния гениального исследователя прошлого века.

Герман-Людвиг-Фердинанд Гельмгольц родился 21 августа 1821 г. в Потсдаме (около Берлина), в семье небогатого школьного учителя. Семнадцати лет Гельмгольц окончил среднюю школу и, не имея возможности из-за недостатка средств посвятить себя науке, поступил в Медикохирургический институт в Берлине, надеясь как врач получить возможность работать в области физики и физиологии. Уже с первых лет пребывания в институте Гельмгольц испытал на себе влияние гениального физиолога Иоганна Мюллера, являвшегося не только замечательным ученым, но и превосходным профессором, уже привлекшим к научной работе таких учеников, как Дюбуа-Реймон, Брюкке, Вихров, которые заняли впоследствии в науке выдающееся положение.

Во время своего студенчества Гельмгольц особенно сблизился с Дюбуа-Реймоном, с которым его связывало стремление подвести под физиологию прочное физическое основание.

Уже в первой работе, представленной при окончании института в качестве диссертации, Гельмгольц выбирает трудную гистологическую задачу. В то время были известны нервные клетки, залегающие в нервных центрах головного и спинного мозга, и нервные волокна, составляющие нервные стволы. Их взаимоотношение, несмотря на многие работы блестящих гистологов, не было известно. Гельмгольц выбрал в качестве объекта исследования беспозвоночных и доказал, что нервная клетка и волокно составляют одно целое, получившее впоследствии название неврона.

После защиты диссертации Гельмгольц получил место военного врача в Потсдаме и, несмотря на трудности казарменной жизни, предпринял дальнейшие исследования, приведшие его к коренному вопросу биологии — к вопросу о природе жизненной силы.

Герман Гельмгольц в юные годы.

После небольших экспериментальных исследований, давших ему материал для решения основной задачи об обмене энергии в организме, Гельмгольц в 1847 г. опубликовал свое гениальное исследование «о законе сохранения силы», или, как теперь называют этот закон, «о законе сохранения энергии».

В этом знаменитом сочинении Гельмгольц устанавливает, что энергия не может ни при каких процессах ни уничтожаться, ни создаваться. Этому закону подчиняются все явления природы — явления механические, акустические, тепловые, световые, электрические и магнитные.

С момента опубликования книги Гельмгольца физика, по выражению Столетова, делается учением о превращении энергии. Между прочим, в своем сочинении Гельмгольц выводит, пользуясь законом сохранения энергии, общий закон индукции (наведения) токов, являющийся основой всей электротехники, и указывает вкратце на роль закона сохранения энергии в питании. Пища, по Гельмгольцу, доставляет организму энергию, за счет которой организм нагревается и совершает работу. Энергетическая теория питания была развита впоследствии Рубнером и легла в основу научных подсчетов пайков для людей, занятых различным трудом.

В своих исследованиях закона сохранения энергии Гельмгольц не был первым ученым, взявшимся за этот вопрос. Раньше него Роберт Майер, Джауль и некоторые другие установили связь между теплотой и механической работой, но никто не дал такой полной, исчерпывающей картины превращения энергии, никто не вывел всех следствий так, как это сделал Гельмгольц.

Великим открытиям, связанным с окончательной формулировкой законов или с установлением новых незыблемых фактов, часто предшествует большая подготовительная работа, проделанная рядом ученых. Так было с учением о происхождении видов Дарвина, раньше которого некоторые общие идеи его об изменчивости видов были высказаны Ламарком. Великие идеи, приводящие к открытию новых законов, новых явлений, постепенно подготовляются ученым миром, и иногда несколько ученых сразу высказывают одни и те же мысли, устанавливают одни и те же законы. Так было с Дарвиным и Уолесом, которые одновременно пришли к одним и тем же выводам о происхождении видов. Так было с Лейбницем и Ньютоном при открытии дифференциального исчисления. Человечество связывает открытие, сделанное рядом людей, с именем того, кто шире и глубже обосновал новые законы или новые факты и сделал из них все возможные выводы. По отношению закона сохранения энергии среди физиков нет никакого разногласия. Признавая огромное значение Майера, Джауля и других исследователей в подготовке открытия этого закона, физики связывают самый закон с именем Гельмгольца, давшего исчерпывающее изложение всех его следствий и выводов из них.

Значение этого первого великого открытия Гельмгольца огромно. Современная энергетика целиком построена на законе сохранения энергии. В основе биологии лежат проблемы обмена веществ, связанные Гельмгольцем также с проблемой сохранения энергии. За 90 лет существования закон сохранил тот же вид и то же значение, какое он имел при его открытии в 1847 г.

Физика прошлого столетия является, как это отметили Столетов, Герц и другие выдающиеся физики, учением о превращениях энергии, и этим была установлена количественная связь между различными явлениями природы.

Бессмертные работы о законе сохранения энергии доставили в 1848 г. Гельмгольцу скромное место преподавателя анатомии в Берлинской академии художеств. Несмотря на небольшое количество слушателей (всего 5 чел.), Гельмгольцу приходилось ежедневно тратить по нескольку часов на подготовку анатомических препаратов для лекций, но это не помешало ему вести интенсивную научную работу. Уже в 1848 г. Гельмгольц приступил к решению капитальной задачи нервной физики — к вопросу о скорости распространения возбуждения по нерву. Чтобы ясно представить себе все трудности этой задачи, нужно вспомнить, что еще Ньютон в своих «Математических началах естественной философии» считал нервные процессы явлениями, протекающими в эфире и имеющими, следовательно, скорость, равную скорости света. Для объяснения механизма передачи возбуждения Ломоносов придумал даже аппарат, в котором процесс, возникший в одной точке, мог передаваться в среде практически мгновенно. Учитель Гельмгольца, Иоганн Мюллер, считал, что вследствие огромной скорости нервного процесса все попытки его определения обречены на неудачу. Гельмгольц не устрашился всех трудностей поставленной им задачи и, разработав замечательный метод определения коротких промежутков времени, блестяще разрешил задачу, показав, что скорость распространения нервного возбуждения невелика и для лягушечьего нерва равна всего только 30 м в секунду.

В 1848 г. Гельмгольц получил профессуру в Кенигсберге. Здесь Гельмгольц решил основную задачу мышечной физики, изучив закон сокращения мышцы после ее раздражения. Работа Гельмгольца явилась первой замечательной работой в области физиологической графики, подготовив решение ряда физиологических задач при помощи метода, позволяющего записывать явление на движущейся поверхности. Графический метод Гельмгольца вошел в физиологию, где ведется записывание всех явлений, изменяющихся со временем: записываются движение сердца, дыхание, фотографируются кривые изменений электрических токов сердца и мышц, и все эти методы имеют огромное значение для практической медицины.

Работа Гельмгольца о сокращении мышцы доказала замечательный факт: укорочение ее начинается не в момент раздражения, а через некоторый промежуток времени.

К периоду профессуры в Кенигсберге относится и другая замечательная работа Гельмгольца: изобретение им глазного зеркала, доставившее Гельмгольцу огромную популярность не только в Германии, но и за границей. Простой, гениальный по идее и несложный по конструкции аппарат Гельмгольца позволяет через зрачок видеть внутренность человеческого глаза со всеми его деталями. Учение о глазных болезнях со времени открытия глазного зеркала (офтальмоскопа) вступило в новую фазу развития, позволив изучить не только наружные болезни глаза, но и заболевания внутренних частей его. Учение о нервных болезнях получило благодаря офтальмоскопу также могучее орудие диагностики. Изменения в глазу при сухотке спинного мозга, при опухолях мозга и ряде других заболеваний нервной системы могут быть благодаря прибору Гельмгольца распознаны чрезвычайно легко.

На одном из офтальмологических съездов за границей Гельмгольцу были сказаны следующие замечательные слова: «Офтальмология была во мраке; бог сказал, что Гельмгольц родился, и воссиял свет». Такую же высокую оценку дал ему в 1891 г. и известный офтальмолог А. Н. Маклаков. «Смело утверждаю, — писал он, — что если бы даже Гельмгольц ничего другого, кроме открытия глазного зеркала, не сделал, имя его навсегда было бы написано яркими буквами на страницах истории, если не созданной им, то возрожденной офтальмологии».

Глазное зеркало по Гельмгольцу.

Обстановка кенигсбергской лаборатории была очень скромна, но благодаря гениальным способностям конструирования Гельмгольц строил сам из кусочков картона, проволоки, из дерева, стекол, сургуча первоначальную модель нужного ему прибора; и только когда все детали аппарата были изучены, окончательную модель выполнял механик, и при помощи этого прибора проводились все опыты.

Посетителю Кенигсбергского физиологического института бросается в глаза витрина, где тщательно собраны все аппараты, построенные Гельмгольцем во время его пребывания в Кенигсберге. На этом собрании приборов можно видеть эволюцию каждого его инструмента, каждой детали опыта.

В 1855 г. Гельмгольц перешел профессором физиологии и анатомии в Бонн. Работы по физиологической оптике и акустике, начатые в Кенигсберге, были продолжены в боннской лаборатории. В связи с акустическими работами Гельмгольц провел замечательные работы по движению жидкостей, не изучавшемуся до его исследований.

Петербургским академиком Эйлером были даны дифференциальные уравнения движения жидкостей и газов. Решения этих уравнений, выполненные великими математиками Лагранжем и Коши, касались только таких движений, где частицы жидкости перемещаются вдоль некоторых незамкнутых линий (см. фиг. 1 ab, сd, ef, gh), причем скорости от одной точки жидкости к другой изменяются непрерывно.

Фиг. 1. Частицы жидкости движутся поступательно по линиям ab, cd, ef, gh, причины скорости движения от одной линии к другой изменяются непрерывно.

Гельмгольц показал, что дифференциальные уравнения Эйлера приводят к двум другим решениям. Возможны такие движения жидкости, когда ее частицы кружатся около определенной линии, так называемой вихревой линии ww (см. фиг. 2). Можно подражать подобным движениям, выпуская изо рта толчком дым, причем в воздухе получается вихревое колесо.

Фиг 2. Частицы жидкости двигаются по линиям ab, cd около вихревой линии ww.

Вихревые кольца в жидкости без трения, как показал Гельмгольц, не исчезали и не возникали бы; в реальных жидкостях и газах возникшие вихри тем лучше сохраняются, чем жидкость менее вязка.

Работы Гельмгольца о вихревых движениях получили широкое приложение в метеорологии. Учение о циркуляции в атмосфере, учение о пассатах, о циклонах и антициклонах и связанных с ними изменениях погоды после работ Гельмгольца стали областью точных исследований. До него состояние учения о погоде можно было охарактеризовать словами Гете:

Дождь идет, когда идти желает,
И затем без устали идет,
А когда идти ему надоедает,
Он тогда идти перестает.

В настоящее время можно с некоторой точностью предсказывать перемены погоды, и создание этой области науки связано с учением о вихрях Гельмгольца.

Вихревые движения и силы, возникающие при них, привели к устройству особых корабельных двигателей, так что открытия Гельмгольца получили и практическое, техническое приложение.

Яркую оценку учения о вихрях Гельмгольца дал Дюбуа-Реймон в речи, произнесенной после смерти Гельмгольца; эти исследования дали Гельмгольцу, как отмечает Дюбуа-Реймон, «одно из первых мест среди физико-математиков всех времен и народов». Как отмечает другой выдающийся исследователь, французский математик Аппель, «теория вихревых движений Гельмгольца представляет наиболее крупный шаг вперед, сделанный гидродинамикой со времени исследований Эйлера, Лагранжа и Коши».

Возможен, как показал Гельмгольц, и еще один вид движения жидкостей и газов, вытекающий из уравнений Эйлера. Возможно, что внутри жидкости (или газа) обособляется часть жидкости — струя, на границах которой имеется разница скорости ее движения и скоростей жидкостей окружающей среды. Такую струю можно сделать видимой, выпуская в воду окрашенную жидкость (см. фиг. 3).

Фиг. 3. Струевое течение жидкости. Внутри ААА, ВВВ, ССС скорости движения изменяются от точных тоже непрерывно, но на границах ААА и BBB, а также ВВВ и ССС скорости изменяются скачком так, что масса ВВВ движется по направлению стрелок скорее, чем ААА и ССС.

Наконец, решая ряд задач гидродинамики, Гельмгольц выяснил законы образования волн на границе двух сред разной плотности, движущихся по отношению друг друга.

Работы Гельмгольца о волнах также получили обширные приложения в технике, метеорологии и геофизике.

В 1857 г. Гельмгольц перешел на кафедру физиологии в Гейдельберг. Помимо прекрасного местоположения, Гейдельберг притягивал Гельмгольца тем, что там профессорами были знаменитые его друзья Кирхгоф и Бунзен; имело большое значение и то, что профессура в Гейдельберге не была связана с обязательством читать анатомию, что совершенно не интересовало Гельмгольца.

Период пребывания в Гейдельберге является самым блестящим периодом научной жизни Гельмгольца. Здесь он закончил свои замечательные акустические работы, охватившие физику звука, слуховые ощущения, образование звуков в гортани и, наконец, музыкальную акустику. Работы эти были объединены в большой книге, остающейся классической до сего времени и носящей название «Учение о слуховых ощущениях как основе физиологической теории музыки».

Свою книгу Гельмгольц начинает с изучения физической стороны явления.

Звук, воспринимаемый ухом, представляет собой колебания воздушных (или жидких) масс, доводящих до уха попеременно сжатие и разрежение воздуха. Число таких сжатий и разрежений в секунду определяет первое из качеств звука — его высоту. Чем число сжатий и разрежений воздуха в секунду больше, тем звук выше. Сжатия и разрежения воздуха зависят от колебаний слоев воздуха, и число сгущений воздуха в секунду равно числу колебаний его слоев и, следовательно, числу колебаний инструмента, дающего звук. Высота зависит, таким образом, от числа колебаний звука.

Второе качество звука — его сила, его интенсивность —  зависит от величины сгущений и разрежений воздуха, или, иначе говоря, от величины колебаний воздушных слоев. Чем сгущение (или колебание) больше, тем сильнее звук. Это все было известно до Гельмгольца.

Третье качество звука — его тембр, его оттенок —  было объяснено только работами Гельмгольца. Звуки, производимые разными инструментами, будучи одной высоты и давая, следовательно, одно и то же число колебаний в секунду, будучи на слух одной и той же силы, могут давать для уха разное впечатление. Мы легко отличаем звуки одной высоты и силы, если они производятся кларнетом, скрипкой, корнет-а-пистоном и т. д. От чего же зависит эта специфическая окраска, этот тембр?

Гельмгольц показал, что простейшим видом колебаний является колебание камертона и даваемый им звук есть звук простой, или тон. Каждое сложное колебание состоит из ряда простых тонов, причем число колебаний самого низкого тона — основного — равно числу колебаний исследуемого звука.

Фиг. 5. R — резонатор, имеющий отверстие О, обращенное к источнику звука, и узкую трубочку А, вставляемую в ухо. Воздух резонатора начинает колебаться, и ухо слышит звук, если в окружающей среде имеется тон с числом колебаний резонатора. В окружающей среде могут быть тоны самых различных высот, слагающиеся в звуки. Резонатор из них выделит тот тон, который соответствует тону резонатора.

Следующие тоны, так называемые обертоны, имеют число колебаний вдвое, втрое, вчетверо и т. д. больше, чем число колебаний основного тона. Подобрав основной тон и соответственные обертоны и придав им определенную интенсивность, можно получить тембр любого музыкального инструмента. Интересно, что анализ тонов, произведенный Гельмгольцем при помощи так называемых резонаторов, выделяющих из сложного звука простые тоны, позволяет произвести и обратное сложение — синтез любых звуков, заставив камертоны, снабженные резонаторами, усиливающими их звук, звучать с определенной силой, причем необходимо выбрать такие колебания для основного тона и обертонов, которые по анализам, произведенным при помощи резонаторов, встречаются в изучаемом звуке.

Фиг. 4. А— резонатор, S — камертон, настроенный на тон резонатора. Оба они дают один и тот же тон. Изменяя расстояние звучащего камертона и резонатора, можно изменить силу звука, издаваемого резонатором. Имея ряд подобных приборов, можно изучать синтез, сложение звуков из простых тонов. При опытах колебания камертона поддерживают электромагнитным способом.

Можно привести простой пример, который покажет, в чем тут дело. Если мы возьмем для опытов открытую органную трубу, то анализ издаваемого ею звука, точно так же как и чисто теоретические соображения, покажут существование в ней основного тона и всех обертонов. Если труба будет давать, например, 1 ,тыс. колебаний в секунду, то в звуке, издаваемом ею, будут иметься тоны в 1 тыс. колебаний, в 2, 3, 4 тыс. и т. д. Если мы возьмем закрытую трубу, дающую звук той же высоты, как и открытая труба, то, как показывает теория и подтверждает опыт анализа звука трубы, мы не будем иметь всех обертонов. Будут наблюдаться основной тон в 1 тыс. колебаний, второй обертон в 3 тыс. колебаний, четвертый обертон в 5 тыс. колебаний и т. д., словом, числа колебаний обертонов в открытой трубе будут относиться к основному тону, как ряд натуральных чисел (1, 2, 3, 4, 5); числа же колебаний основного тона и обертонов в закрытой трубе будут относиться как 1 к 3, к 5 и т. д., словом, как ряд нечетных чисел. Замечательные работы Гельмгольца по акустике были завершены анализом звуков, даваемых человеческим голосом, и затем синтезом гласных человеческого голоса.

Как оказалось из исследований Гельмгольца, гласные человеческого голоса отличаются от звуков, даваемых музыкальными инструментами, тем, что наряду с гармоническими обертонами, числа колебаний которых относятся к основному тону, как 2, 3, 4 и т. д., в гласных человеческого голоса имеются всегда обертоны определенной высоты, характерной для каждой гласной. Наиболее низкий тон дает обертон гласной «у», более высокий обертон имеется у гласной «о», еще более высокий обертон у гласной «а», гласные «е» и «и» имеют самые высокие обертоны. Образование обертонов постоянной высоты зависит от формы полости рта и, главным образом, формы губ, так что можно на простом опыте показать образование гласных при возникновении колебаний, создаваемых звуком голосовой щели в полости рта. Для этого можно пользоваться следующим прибором.

Можно разными методами определить формы полости рта при произнесении нараспев гласной. В последнее время особенно удобно можно пользоваться рентгеновскими лучами, дающими ясное представление о положении языка в полости рта.

Если вылепить модель, представляющую человеческую голову, и придать полости рта и губам ту форму, которая соответствует произносимым гласным, то, продувая звук язычковой трубы через модель ротовой полости, мы получим звуки, воспроизводящие довольно чисто гласные. Еще проще, хотя и грубее, является следующий опыт.

На язычковую трубу наставляется небольших размеров шар с круглым отверстием. Если наложить на отверстие шара во время звучания трубы обе руки так, чтобы образованная руками щель напоминала отверстие губ при произношении гласных, можно легко получить гласные «о», «у» и «а». Эти исследования являются переходом к дальнейшим замечательным работам Гельмгольца, к работам, касающимся физиологии звуковых восприятий.

В своих первоначальных работах Гельмгольц показал, какую роль играет строение барабанной перепонки и косточек, колеблющихся вместе с ней в среднем ухе, для передачи звуковых колебаний во внутреннее ухо, где лежат воспринимающие звуки аппараты.

Гельмгольц показал, что как форма барабанной перепонки, так и связь ее с косточками имеют целью равномерное воспроизведение всех звуков, рождающихся в окружающей среде. Доведенные до внутреннего уха, звуки разлагаются на свои простые компоненты, на простые тоны, специальными резонаторами, которые заложены в сложно построенном кортиевом органе. Кортиев орган представляет, с точки зрения Гельмгольца, как бы микроскопический рояль, струны которого, настроенные на разные тона и связанные с нервами, являются резонаторами, разлагающими сложный звук, доходящий до уха, на простые колебания.

Определение высоты звука и анализ звука сводятся в конце концов к определенной геометрической задаче, к определению места колебания кортиевой нити и места возбуждения соответствующего волоконца слухового нерва. Таким образом, мы судим о тембре звука, сопоставляя ощущения, получаемые от простых тонов, из которых состоит сложный звук.

Невозможно в короткой статье изложить все то колоссальное богатство идей и фактов, которое представляет собой гениальная книга Гельмгольца. Достаточно сказать, что она выдержала в неизмененном виде уже более десятка изданий в Германии, что она переведена на все языки, включая и русский, и что имеется бесконечное количество популярных изложений теории Гельмгольца. В приложении к книге даны математические расчеты, которые являются основанием теоретической акустики.

Гельмгольц заканчивает свою книгу изумительным по глубине и интересу отделом музыкальной акустики. В этой части он излагает простые представления о консонирующих и диссонирующих интервалах и дает основание для физиологической теории музыки. Прочесть всю книгу Гельмгольца и оценить все ее значение может только тот, кто, будучи знаком с физикой м физиологией, имеет представление о музыке. Книга, появившаяся первым изданием в 1862 г., создала новую эру в области акустических исследований. Вся дальнейшая история акустики есть развитие принципов Гельмгольца, усовершенствование методики и приложение ее к ряду акустических явлений, протекающих как в неживой, так и в живой природе.

Вторая обширная область, обработанная Гельмгольцем в течение гейдельбергского периода, есть учение о зрении, излаженное в виде обширной книги, опубликованной впервые в 1866 г. Гельмгольц начинает свою книгу с изложения геометрической оптики и показывает, каким образом можно получить законы преломления и образования изображений в сложной системе тел, ограниченных сферическими поверхностями. Гельмгольц показывает дальше, каким образом общие законы преломления в системе тел могут быть приложены к преломлению в глазу, если мы знаем кривизны преломляющих поверхностей роговицы, хрусталика и их показатели преломления. Для нахождения этих величин Гельмгольц впервые в физиологии создает точные физические методы исследования и строит аппарат, позволяющий измерять кривизну не только роговицы, но и хрусталика. Пользуясь всеми этими данными, Гельмгольц показывает, что вместо сложной системы тел, имеющих различную кривизну и различные преломления (роговица, водянистая влага, хрусталик, стекловидное тело), можно теоретически построить глаз, состоящий только из одного вещества, ограниченного одной преломляющей поверхностью. Для практических целей офтальмологии введение такого упрощенного глаза представляет большие выгоды, и Гельмгольц дает на основании своих исследований все постоянные, которые характеризуют такой глаз.

Как известно, в каждой оптической системе преломление лучей, исходящих из некоторого предмета, находящегося на данном расстоянии от этой системы, дает изображение, лежащее в определенной плоскости. Если мы приблизим предмет к оптической системе или удалим его, изображение получится на иных местах, чем это было в первом случае, и, таким образом, каждому положению предмета во внешнем мире соответствует изображение, лежащее в определенной плоскости. Поэтому, если мы имеем оптический аппарат, например, фотографическую камеру, и желаем снять предмет, находящийся на определенном расстоянии, мы должны так раздвинуть камеру, чтобы изображение предмета как раз получилось на матовом стекле камеры, где будет помещена фотографическая пластинка. Если мы не подберем подходящего расстояния, мы получим неясное изображение. Мы знаем, что глаз имеет определенные размеры; следовательно, та поверхность, на которой рисуется изображение и которая раздражается лучами, падающими от внешних предметов, находится на определенном расстоянии от первой преломляющей поверхности — от роговицы, и, следовательно, глаз не может приспособляться к расстоянию, изменяя свои размеры. Единственная возможность — это изменение преломляющей силы тех отдельных сред глаза, которые отделены, как мы указывали раньше, сферическими поверхностями. Гельмгольц доказал, что такое приспособление — аккомодация — происходит благодаря тому, что хрусталик изменяет свою форму, причем для близких предметов кривизна хрусталика увеличивается, для более отдаленных предметов хрусталик делается менее выпуклым. Исследования аккомодации также представляют огромный интерес для практики. Всю оптику глаза в работах Гельмгольца можно считать вполне изученной для случая весьма тонкого пучка лучей, проникающих в глаз. Более сложная задача — прохождение пучка лучей любого сечения — являлась дальнейшей задачей, которая была выполнена уже после Гельмгольца известным шведским офтальмологом Гульстрандом, получившим за это исследование высшее между народное признание — Нобелевскую премию. Этим заканчивается первая, физическая часть физиологической оптики.

Во второй части — части физиологической — Гельмгольц описывает те простейшие ощущения, которые получает глаз, когда на сетчатку падает свет. Огромное количество интереснейших деталей связано с получением однородного света (свет определенной цветности). Все опыты, произведенные Гельмгольцем над влиянием разноцветных ощущений, привели его к заключению, что в глазу имеется троякого рода воспринимающие аппараты. Один из них всего сильнее воспринимает красные лучи и слабо воспринимает остальные лучи спектра. Второй аппарат воспринимает сильнее всего зеленые лучи и слабо воспринимает остальные. Наконец, третий аппарат сильно воспринимает фиолетовые лучи и слабо остальные.

Приняв такую гипотезу, Гельмгольц объясняет, каким образом получается ощущение различных цветов, и его теория, представляющая собой дальнейшее развитие теории знаменитого физика Юнга, является до сих пор учением, с которым приходится считаться. Дальнейшие успехи в области изучения цветного зрения все больше и больше подтверждают основные идеи Гельмгольца.

В физиологической части своей оптики Гельмгольц исследует дальше связь между яркостью света, освещающую сетчатку, и приростом яркости, которую глаз может ощущать как едва заметную разность освещения. Опираясь на более старые исследования Фехнера и обобщая его закон, Гельмгольц дал для едва заметных ощущений общий закон, играющий огромную роль до последнего времени.

Третью часть физиологической оптики составляет психологическая часть, где Гельмгольц изучает строгими и изумительными по простоте методами явления контрастов, явления движения глаз, получение чувства рельефа. Этот последний вопрос связан с общей теорией стереоскопии, получившей широкое применение в наше время в геодезии, астрономии и военном деле. В работах, сделанных уже после смерти Гельмгольца Пульфрихом, идеи Гельмгольца были применены на практике: были построены дальномеры, основанные на применении стереоскопического зрения. Эти же идеи позволили производить нивелировку недоступных местностей, например, Центральной Африки, причем достаточно двух сделанных на определенном расстоянии друг от друга снимков данной местности, чтобы все вопросы рельефа могли быть разрешены. Наконец, в астрономии в настоящее время нахождение астероидов может быть с огромной пользой для дела произведено методом стереоскопии.

В связи с изучением пространственного зрения Гельмгольц начал интересоваться вопросами возникновения у нас идеи пространства, и это привело его к глубоким и интересным исследованиям по геометрическим аксиомам. Гельмгольц в этом отношении развивал далее те гениальные мысли, которые были впервые высказаны Лобачевским и развиты дальше знаменитым математиком Риманом. Пользуясь этими данными, Гельмгольц дает ряд доказательств физиологического, опытного происхождения основных представлений о пространстве.

В 1871 .г. Гельмгольц перешел профессором физики в Берлин. Этот последний период его жизни (до его смерти в 1893 г.), завершивший построение грандиозного здания, созданного великим естествоиспытателем, является периодом по преимуществу физических исследований.

Внешним образом деятельность Гельмгольца в Берлине мы, можем разделить на два периода: в течение первого периода пребывания в Берлине Гельмгольц посвятил свое время организации работ Физического института Берлинского университета; во второй период, до своей смерти, Гельмгольц занимался созданием государственного физико-технического учреждения, ставящего себе задачей исследование тех вопросов физики, которые имеют практическое приложение в технике, а также проверку и испытание приборов, применяемых в технике и науке. Одновременно Гельмгольц читал лекции по теоретической физике в университете. Эти лекции были изданы, после смерти Гельмгольца его учениками.

Не входя в детали, очень трудно изложить все работы физического характера берлинского периода.

Можно только отметить особенно важные для современной физики исследования Гельмгольца. На первом месте нужно поставить замечательные исследования в области термодинамики химических процессов, заложившие начало применения физики к химии. На этой почве выросла вся современная физическая химия с ее многочисленными разветвлениями.

Во второй группе работ, посвященных; моноциклическим движениям, Гельмгольц дает для теории теплоты интересные основания, описывающие явления с весьма общей точки зрения без применения специальных допущений о существовании атомов, молекул и т. д. Эти работы вызвали ряд замечательных дальнейших исследований в этой области. Однако, до сих пор полной оценки и применения в науке эти работы не нашли.

Наконец, колоссальное значение имеют работы Гельмгольца по принципу наименьшего действия. Эти работы примыкают к старым исследованиям Лагранжа и Гамильтона, позволившим выразить все уравнения механики, в одной формуле. Гельмгольц уже раньше показал, что целый ряд световых явлений может быть сведен к формуле, аналогичной принципу наименьшего действия. Дальнейшие работы в этом отношении позволили Гельмгольцу показать, что все явления, протекающие в физическом мире — механические, термические, световые, магнитные и электрические, — могут быть выражены общим уравнением, имеющим то же значение и тот же смысл, как и принцип наименьшего действия. Работы Гельмгольца явились основой для дальнейшего приложения принципа наименьшего действия к физике. Его общие идеи были далее развиты Гильбертом в области учения о принципе относительности и Зомерфельдом в области учения о квантах (об атомах энергии). В последнее время волновая механика, связывающая движение материальных масс с волнами, их сопровождающими, целиком вытекает, как показал Шредингер, из принципа наименьшего действия. Мы видим, что Гельмгольц заложил, таким образом, незыблемое основание, имеющее огромное значение во всех вопросах современной теоретической физики.

В заключение нужно отметить замечательные соображения Гельмгольца, изложенные в речи, посвященной электролизу, соображения о необходимости признания атомного строения электричества. Эти указания делают Гельмгольца наряду с Максвеллом одним из основоположников современной электронной теории, развитой трудами Дж.-Дж. Томсона, Лоренца и Ленарда.

Являясь величайшим из ученых прошлого столетия, Гельмгольц был великим человеком. Этим объясняется его огромное влияние на окружающих людей; это объясняет и то, что в лаборатории Гельмгольца всегда работали крупнейшие, выдающиеся исследователи как Германии, так и других стран. Из русских исследователей, работавших у Гельмгольца, нужно указать на Сеченова, Михельсона, Шиллера, Зилова, Колли, Соколова, Лебедева. Среди немецких ученых на первом месте нужно поставить гениального Герца, открывшего электромагнитные колебания, затем Вина, Кеннига, Криса и целый ряд других исследователей.

Чуждый шовинизму, Гельмгольц был глубоко уважаем во всем цивилизованном мире. В то время как ряд выдающихся ученых, например, Дюбуа-Реймон и Штраус, выступал против Франции, против ее культуры, Гельмгольц не позволил себе ни одного выступления, которое могло бы оскорбить французов. Этим объясняется тот прием, который был оказан Гельмгольцу в Монпелье, где он был делегатом на юбилее университета.

Особое значение Гельмгольц имел для России, не только потому, что многие русские ученые были непосредственно его учениками, но и потому, что он нашел большое число последователей как раз в нашей стране. До сих пор его влияние продолжается, и совершенно прав был Столетов, когда он писал о Гельмгольце следующее: «Деятельность Гельмгольца принадлежит всему культурному человечеству, но его значение в качестве международного учителя ни для одной страны, кроме родной ему Германии, не было так велико, как для России».

На памятнике основателя современной физики Ньютона помещена латинская надпись, которая гласит: «Превосходящий умом человеческий род». Эта надпись выражала мнение современников о гениальном исследователе, заложившем начала современной механики и физики. С не меньшим правом можно отнести эти слова к величайшему естествоиспытателю прошлого века — Гельмгольцу.