헤르만 폰 헬름홀츠

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1. 개요
2. 생애
- 2.1. 초기 생애
- 2.2. 대학교 경력
3. 업적
4. 철학
5. 수상 및 영예
6. 가족
참조

1. 개요

헤르만 폰 헬름홀츠는 1821년 포츠담에서 태어난 독일의 생리학자이자 물리학자이다. 헬름홀츠는 에너지 보존 법칙 확립에 기여했으며, 생리 광학, 음향 생리학, 신경 생리학 등 다양한 분야에서 중요한 업적을 남겼다. 그는 시각과 청각 연구에 기여했으며, 검안경을 발명하고 영-헬름홀츠 삼색설을 발전시켰다. 또한, 헬름홀츠 공명기를 발명하여 음향 연구에 기여했으며, 와류 운동에 대한 수학적 원리를 확립하고, 전자기학 연구에도 참여했다. 헬름홀츠는 19세기 중반 독일 과학을 대표하는 과학자로서 하인리히 헤르츠 등 많은 제자를 배출했다.

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헤르만 폰 헬름홀츠 - [인물]에 관한 문서
기본 정보
헤르만 폰 헬름홀츠
본명	헤르만 루트비히 페르디난트 폰 헬름홀츠
출생	1821년 8월 31일
출생지	프로이센 왕국 브란덴부르크, 포츠담
사망	1894년 9월 8일
사망지	프로이센, 독일 제국, 샤를로텐부르크
국적	독일
학력
교육	메디치니슈-키루르기셰스 프리드리히-빌헬름-인스티투트 (MD)
박사 학위 논문	De fabrica systematis nervosi evertebratorum
박사 학위 논문 URL	박사 학위 논문
박사 학위 년도	1842년
박사 지도교수	요하네스 페터 뮐러
경력
직업	물리학자 생리학자
근무 기관	쾨니히스베르크 대학교 본 대학교 하이델베르크 대학교 베를린 대학교
업적
주요 업적	에너지 보존 법칙 연구 헬름홀츠 고전 정리 헬름홀츠 코일 헬름홀츠 조건 헬름홀츠 분해 헬름홀츠 방정식 헬름홀츠 자유 에너지 헬름홀츠 자유 엔트로피 헬름홀츠 층 헬름홀츠 최소 소산 정리 헬름홀츠 운동 헬름홀츠 음높이 표기법 헬름홀츠 상반 정리 헬름홀츠 공명 헬름홀츠 음계 헬름홀츠 정리 헬름홀츠-콜라우슈 효과 깁스-헬름홀츠 방정식 헬름홀츠-스몰루초프스키 방정식 켈빈-헬름홀츠 불안정성 스미스-헬름홀츠 불변량 켈빈-헬름홀츠 메커니즘 헬름홀츠-엘리스 표기법 헬름홀츠-테브난 정리 영-헬름홀츠 삼색설 가산 합성 운동 사본 내생 현상 열사 역설 유체역학적 안정성 각막곡률계 검안경 장소 이론 프리즘 적응 순음 슈퍼커패시터 무의식적 추론 볼텍스 링 열역학 제1법칙 전기 이중층의 헬름홀츠 모델
개인 정보
배우자	안나 폰 몰(1861년 결혼)
자녀	3명
친척	안나 아우구스타 폰 헬름홀츠-펠란(종손녀)
수상
수상 내역	왕립 학회 회원 (1860년) 크루니언 메달 (1864년) 마테우치 메달 (1868년) 코플리 메달 (1873년) 푸르 르 메리트 (1873년) 패러데이 강연상 (1881년) 앨버트 메달 (1888년)
사제 관계
지도 학생	로란드 외트뵈시 하인리히 헤르츠 가브리엘 리프만 오토 루머 앨버트 A. 마이컬슨 막스 플랑크 미하이로 푸핀 프리드리히 쇼트키 아서 고든 웹스터 막스 빈 빌헬름 빈
주요 제자	에밀 부트루 요하네스 폰 크리스 에드워드 니콜스 헨리 롤랜드 빌헬름 분트 다나카 쇼헤이
서명

2. 생애

1821년 포츠담에서 태어났다. 아버지는 철학 교사였고, 어머니는 미국 펜실베이니아주의 창립자 윌리엄 펜의 후손이었다.

1838년 베를린의 프리드리히 빌헬름 의학 학교에 입학하여 의학, 생리학뿐만 아니라 화학과 고등 수학을 배웠다. 1842년 무척추동물의 신경 섬유와 신경 세포에 관한 연구로 학위를 취득하고, 군의관으로 포츠담 연대에 배속되었다. 병영 안에 연구실을 만들어 실험을 했으며, 이 연구가 인정받아 1849년 쾨니히스베르크 대학교 생리학 교수로 취임했다. 1855년 본 대학교, 1858년 하이델베르크 대학교 생리학 교수, 1871년 베를린 대학교 물리학 교수를 역임했다. 1887년 이후에는 샤를로텐부르크 국립 이공학 연구소의 이사를 겸임했다.

19세기 중반 독일 과학을 대표하는 과학자로서 많은 제자를 배출했다. 하인리히 헤르츠는 헬름홀츠의 지도 아래 전기역학에 관한 연구를 하여, 후에 전자기파의 존재를 증명했다. 일본인 제자로는 다나카 쇼헤이가 있다.

2. 1. 초기 생애

헬름홀츠는 포츠담에서 김나지움 교장인 페르디난트 헬름홀츠의 아들로 태어났다. 아버지 페르디난트는 고전 고전 문헌학과 철학을 공부했으며, 출판인이자 철학자인 임마누엘 헤르만 피히테의 절친한 친구였다. 헬름홀츠는 요한 고틀리프 피히테와 이마누엘 칸트의 철학에 영향을 받아, 생리학과 같은 경험적 문제에서 그들의 이론을 추적하려고 노력했다.

젊은 시절 헬름홀츠는 자연 과학에 관심이 있었지만, 아버지는 그가 의학을 공부하기를 원했다. 1842년, 헬름홀츠는 Medicinisch-chirurgisches Friedrich-Wilhelm-Institute에서 의학 박사 학위를 받았고, 샤리테 병원에서 1년 동안 인턴으로 근무했다^[5] (의과대학생에게 재정적 지원이 있었기 때문).

헬름홀츠는 1821년 포츠담에서 태어났다. 그의 어머니는 미국 펜실베이니아주의 창립자 윌리엄 펜의 후손이었다. 1838년 베를린의 프리드리히 빌헬름 의학 학교에 입학하여 의학, 생리학뿐만 아니라 화학과 고등 수학을 배웠다. 1842년 무척추 동물의 신경 섬유와 신경 세포에 관한 연구로 학위를 취득했다.

2. 2. 대학교 경력

헬름홀츠의 첫 학문적 직책은 1848년 베를린 예술 아카데미의 해부학 강사였다.^[6] 1849년 쾨니히스베르크 대학교 생리학 부교수로 임명되었다. 1855년에는 본 대학교의 해부학 및 생리학 정교수직을 수락했다. 3년 후 하이델베르크 대학교로 옮겨 생리학 교수로 재직했다. 1871년 프리드리히 빌헬름 대학교의 물리학 교수가 되었다.^[6]

3. 업적

헬름홀츠는 물리학, 생리학 등 여러 분야에서 다양한 업적을 남겼다.

제임스 프레스콧 줄의 열의 일당량 실험을 바탕으로 열역학 제1법칙을 도출하고, 1847년 베를린 물리학회에서 '힘의 보존에 관하여'라는 논문을 발표했다. 마이어, 줄, 윌리엄 톰슨(켈빈 경)과 함께 에너지 보존 법칙의 확립에 기여했다.

열역학 지식을 화학에 응용하여 자유 에너지, 온도, 엔트로피를 통해 화학 반응의 방향을 결정하는 방법을 제시했다(1882년). 윌러드 기브스도 독립적으로 연구를 수행했지만, 깁스-헬름홀츠 방정식으로 헬름홀츠와 기브스 모두에게 공로가 인정되었다.

생리학 분야에서는 생리 광학과 음향 생리학에 큰 공헌을 했다. 토머스 영의 빛의 삼원색 이론을 발전시켜 영-헬름홀츠 삼색설을 제시하고, 잔상과 색맹을 설명했다.

음색이 악음에 포함된 배음의 종류, 수, 세기에 의해 결정됨을 밝혔으며, 모음의 진동수와 성도의 공명음 관계, 내이의 음높이 및 음색 감지 기능에 대한 이론을 제시했다.

유체역학에서 와류 운동의 수학적 원리를 확립하고(1858년), 전기 이중층 이론을 제시하는(1879년) 등 다양한 분야에서 중요한 업적을 남겼다.

3. 1. 에너지 보존 법칙

그의 첫 번째 중요한 과학적 업적은 1847년에 발표된 에너지 보존에 관한 논문으로, 의학 연구와 철학적 배경을 바탕으로 작성되었다. 그는 근육의 대사를 연구하는 과정에서 에너지 보존에 대한 연구를 시작했다. 그는 근육 운동 시 에너지가 손실되지 않는다는 것을 증명하려 했는데, 이는 근육을 움직이는 데 필요한 ''생명력''이 없다는 것을 암시하는 내용이었다. 이것은 당시 독일 생리학에서 지배적인 철학적 패러다임이었던 ''자연철학''과 생기론의 사변적 전통을 거부하는 것이었다. 그는 일부 생기론자들이 주장하는, "생명력"이 기계를 무한정 구동할 수 있다는 주장에 반박하며 연구를 진행했다.^[7]

그는 사디 카르노, 브누아 폴 에밀 클라페롱, 제임스 프레스콧 줄의 초기 연구를 바탕으로, 역학, 열, 빛, 전기, 자기를 모두 단일한 ''힘'', 즉 오늘날의 용어로 에너지의 현상으로 간주하여 이들 사이의 관계를 가정했다. 그는 자신의 이론을 저서 ''힘의 보존에 관하여''(''Über die Erhaltung der Kraft'', 1847)에 발표했다.^[8]

제임스 프레스콧 줄이 수행한 열의 일당량에 관한 실험을 바탕으로, 열역학 제1법칙을 도출했다. 1847년, 이 성과를 베를린 물리학회에서 논문 '힘의 보존에 관하여'로 발표했다. 마이어, 줄, 윌리엄 톰슨 (켈빈 경)과 함께 에너지 보존 법칙의 확립자 중 한 명으로 여겨지게 되었다.

3. 2. 열역학과 화학 반응

사디 카르노, 브누아 폴 에밀 클라페롱, 제임스 프레스콧 줄의 초기 연구를 바탕으로, 헬름홀츠는 열역학 지식을 화학에 응용하여 계의 전체 에너지를 자유 에너지, 온도, 엔트로피와 관련시킴으로써 화학 반응의 방향을 결정할 수 있게 했다(1882년). 윌러드 기브스도 독립적으로 이 연구를 수행했지만, 발견자로서의 영예는 깁스-헬름홀츠 방정식으로 헬름홀츠와 기브스 양쪽에 주어졌다.^[8]

3. 3. 감각 생리학

헬름홀츠는 인간의 시각과 청각을 현대적으로 연구한 최초의 인물이다. 그는 정신물리학에서 영감을 받아 측정 가능한 물리적 자극과 그에 상응하는 지각(perception) 사이의 관계를 연구했다. 예를 들어 음파의 진폭이 클수록 소리가 크게 들리지만, 인간이 인지하는 소리의 크기는 음파의 진폭과 선형적 관계가 아닌 급수적 관계를 갖고 있음을 발견하였다. 헬름홀츠는 이처럼 "정신물리학적 법칙"을 발견하기 위한 연구를 했다.^[30]^[9]

헬름홀츠의 감각 생리학은 제자 빌헬름 분트가 실험 심리학을 창시하는데 기반이 되었다. 분트는 헬름홀츠보다 더 분명하게 자신의 연구를 경험철학의 한 형태이자 마음을 별개의 대상으로 연구하는 학문으로 묘사했다. 헬름홀츠는 초기에는 자연철학을 부인했으며, 유물론의 중요성을 강조하며 마음과 육체를 통합시킨 이론을 발전시키는데 더 중점을 두었다.^[9]

생리학 분야에서는 생리 광학, 음향 생리학에서의 공헌이 크다.

3. 3. 1. 시각 연구

헬름홀츠는 인간의 시각과 청각을 현대적으로 연구한 최초의 인물이다. 그는 심리물리학에서 영감을 받아 측정 가능한 물리적 자극과 그에 상응하는 인간의 지각 사이의 관계에 관심을 가졌다. 예를 들어 음파의 진폭을 변화시켜 소리가 더 크거나 부드럽게 들리게 할 수 있지만, 음압 진폭의 선형적인 단계적 증가는 지각된 음량의 선형적 증가로 이어지지 않는다. 동일한 단계가 선형적으로 보이게 하려면 물리적 소리를 기하급수적으로 증가시켜야 한다.^[30]^[9]

1851년, 헬름홀츠는 안과학 분야에 혁명을 일으킨 검안경을 발명했다. 이 기기는 인간의 눈 내부를 검사하는 데 사용되었다. 그의 주요 저서인 ''Handbuch der Physiologischen Optik''(영문 번역판은 ''Handbook of Physiological Optics'' 또는 ''Treatise on Physiological Optics'')은 깊이 지각, 색각, 운동 지각에 대한 경험적 이론을 제공했으며, 19세기 후반 그의 분야에서 기본적인 참고 문헌이 되었다. 1867년에 출판된 세 번째이자 마지막 권에서 헬름홀츠는 지각에 대한 무의식적 추론의 중요성을 설명했다. 그의 조절 이론은 20세기 마지막 10년까지 이의 없이 받아들여졌다. 헬름홀츠는 수십 년 동안 핸드북의 여러 판본을 계속 작업하면서, 공간 시각과 색각에 대한 상반된 견해를 가졌던 에발트 헤링과의 논쟁으로 인해 자신의 연구를 자주 업데이트했다. 이 논쟁은 1800년대 후반 생리학 분야를 분열시켰다.

헬름홀츠는 생리 광학에 큰 공헌을 했다. 토머스 영이 이전에 제시한 빛의 삼원색에 관한 이론을 발전시켜 (영-헬름홀츠 삼색설), 잔상의 색채와 색맹에 대한 설명을 가능하게 했다.

3. 3. 2. 청각 연구

헬름홀츠는 인간의 청각에 대한 과학적 연구의 선구자였다. 그는 심리물리학에서 영감을 받아, 측정 가능한 물리적 자극과 그에 상응하는 인간의 지각 사이의 관계에 관심을 가졌다. 예를 들어, 음파의 진폭을 변화시켜 소리가 더 크거나 부드럽게 들리게 할 수 있지만, 음압 진폭의 선형적인 단계적 증가는 지각된 음량의 선형적 증가로 이어지지 않는다. 동일한 단계가 선형적으로 보이게 하려면 물리적 소리를 기하급수적으로 증가시켜야 하는데, 이는 현재의 전자 장치에서 음량을 제어하는 데 사용되는 사실이다.^[9] 헬름홀츠는 "심리물리학적 법칙"을 개발하려는 목표를 가지고 물리적 에너지(물리학)와 그것의 인식(심리학) 사이의 관계에 대한 실험 연구의 길을 열었다.

1863년, 헬름홀츠는 지각의 물리학에 대한 그의 관심을 보여주는 ''음향 감각론''을 출판했다. 이 책은 20세기까지 음악학자들에게 영향을 미쳤다. 헬름홀츠는 다양한 오디오 주파수 또는 음높이를 식별하기 위해 헬름홀츠 공명을 발명했는데, 이는 여러 톤을 포함하는 복잡한 소리의 순수한 사인파 성분이었다.^[13]

헬름홀츠는 서로 다른 조합의 공명기가 모음 소리를 모방할 수 있음을 보여주었다. 특히 알렉산더 그레이엄 벨은 이에 관심이 있었지만, 독일어를 읽을 수 없었기 때문에 헬름홀츠의 다이어그램을 헬름홀츠가 전선을 통해 여러 주파수를 전송했다는 의미로 잘못 해석했다. 이는 전신 신호의 다중화가 가능하게 해주었지만, 실제로는 전기적 힘이 공명기를 움직이는 데에만 사용되었다. 벨은 헬름홀츠가 했다고 생각한 것을 재현하는 데 실패했지만, 만약 독일어를 읽을 수 있었다면 조화 전신 원리에 따라 전화를 발명하지 않았을 것이라고 나중에 말했다.^[14]^[15]^[16]^[17]

알렉산더 J. 엘리스의 번역본은 1875년에 처음 출판되었다(첫 번째 영어판은 1870년의 세 번째 독일어판에서 나왔으며, 엘리스의 두 번째 영어판은 1877년의 네 번째 독일어판에서 나왔고 1885년에 출판되었으며, 1895년과 1912년의 세 번째 및 네 번째 영어판은 두 번째 판의 재판이었다).^[18]

음색은, 악음에 포함된 배음의 종류, 수, 세기에 의해 결정된다는 것을 밝혀냈다. 또한, 모음에 포함된 진동수와 성도의 형태에 의한 공명음과의 관계에 관한 이론을 세웠다. 또한, 내이가 음의 높이와 음색을 감지하는 기능에 대해 설명하는 이론을 세웠다.

3. 4. 신경 생리학

1849년 쾨니히스베르크에 재직하면서, 헬름홀츠는 신경 섬유를 따라 신호가 전달되는 속도를 측정했다. 당시 대부분의 사람들은 신경 신호가 신경을 따라 측정이 불가능할 정도로 빠르게 전달된다고 믿었다.^[10] 그는 최근 해부한 개구리의 좌골 신경과 그에 연결된 종아리 근육을 사용했다. 그는 민감한 타이밍 장치로 검류계를 사용했으며, 바늘에 거울을 부착하여 빛줄기를 방으로 반사시켜 눈금에 도달하게 함으로써 훨씬 더 큰 감도를 얻었다.^[10] 헬름홀츠는 24.6 – 38.4 m/s 범위의 전달 속도를 보고했다.^[11]^[12]^[10]

3. 5. 유체 역학

헬름홀츠는 유체 역학에서 무점성 유체 내 소용돌이 역학에 대한 헬름홀츠의 정리를 포함한 여러 기여를 했다.^[7] 1858년에는 유체역학에서 와류의 운동에 관한 수학적 원리를 확립했다.^[7]

3. 6. 전자기학

헬름홀츠는 유체역학에서 와류 운동에 관한 수학적 원리를 확립했고(1858년), 전기 이중층 이론(1879년) 등 여러 분야에서 중요한 공헌을 했다.

4. 철학

헬름홀츠의 생리학 및 역학 분야 과학적 연구는 과학 철학에 많은 영향을 주었다. 여기에는 지각 법칙과 자연법칙 사이의 관계, 유클리드 기하학의 배타적 사용 거부 등이 포함된다.^[21]

그의 과학 철학은 경험론과 초월론 사이에서 변화하는 모습을 보였다.^[22] 사변적 연관성에도 불구하고, 그의 과학 철학은 활력론을 대체하고 일반적인 에너지 보존 원리를 명확히 하기 위한 수학 물리학의 사용에 큰 영향을 받았다.^[7]

유클리드 기하학을 유일한 공간 과학으로 거부한 것은 칸트의 공간 철학을 자신의 것으로 만드는 데 핵심적인 역할을 했다. 이는 표면적으로 유클리드 기하학을 물리적 공간의 배타적인 ''선험적'' 과학으로 요구한다. 헬름홀츠는 지각 공간에서 가능한 방향의 다양성을 결정하는 새로운 개념의 ''선험적''을 도입했다. 이러한 발전은 칸트에 대한 새로운 해석을 불러일으켰고,^[7] 철학에서 후기 현대 신칸트주의 운동의 부상에 기여했다.

5. 수상 및 영예

수상 및 영예

6. 가족

Anna von Helmholtz|안나 폰 헬름홀츠^de는 메이지 정부의 고용 외국인 오토마어 폰 몰의 누나이다. 살롱의 여주인으로도 알려져 있으며, 매주 화요일에 학자들을 자택으로 초대했다.^[1]

참조

_[1] 서적 Hermann Von Helmholtz and the Foundations of Nineteenth-Century Science https://books.google[...] University of California Press
_[2] 학위논문 Robust flow stability: Theory, computations and experiments in near-wall turbulence https://ui.adsabs.ha[...] 2004-01-01
_[3] 웹사이트 The polymath with a sense of practice https://www.helmholt[...] 2024-10-04
_[4] 웹사이트 Neo-Kantianism https://plato.stanfo[...] 2018
_[5] 서적 In the Eye's Mind: Vision and the Helmholtz-Hering Controversy Princeton University Press
_[6] 서적 Biographical Index of Former Fellows of the Royal Society of Edinburgh 1783–2002 https://www.royalsoc[...] The Royal Society of Edinburgh 2006-07
_[7] 웹사이트 Hermann von Helmholtz." (2008), Stanford Encyclopedia of Philosophy. https://plato.stanfo[...]
_[8] 간행물 Scientific memoirs, selected from the transactions of foreign academies of science, and from foreign journals: Natural philosophy https://books.google[...]
_[9] 서적 Making Modern Science: A Historical Survey https://books.google[...] University of Chicago Press
_[10] 서적 Elegance in Science Oxford University Press
_[11] 간행물 Vorläufiger Bericht über die Fortpflanzungs-Geschwindigkeit der Nervenreizung http://vlp.mpiwg-ber[...] Veit & Comp.
_[12] 간행물 Messungen über den zeitlichen Verlauf der Zuckung animalischer Muskeln und die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Reizung in den Nerven http://vlp.mpiwg-ber[...] Veit & Comp.
_[13] 서적 On the sensations of tone as a physiological basis for the theory of music https://archive.org/[...] Longmans, Green, and Co. 2010-10-12
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_[15] 문서 MacKenzie 2003
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_[17] 문서 Shulman 2008
_[18] 서적 On the Sensations of Tone as a Physiological Basis for the Theory of Music https://archive.org/[...] Longmans, Green, and Co
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_[20] 서적 Classical Electrodynamics
_[21] 학술저널 On the origin and significance of the axioms of geometry https://link.springe[...] 1977
_[22] 학술저널 Historicizing Hermann von Helmholtz's Psychology of Differentiation https://jhaponline.o[...] 2022-01-01
_[23] 웹사이트 APS Member History https://search.amphi[...] 2021-05-03
_[24] 웹사이트 Honorary Fellows of the Royal College of Surgeons (RCSI) since 1784 http://www.igp-web.c[...] Ireland Genealogy Project 2016-08-04
_[25] 웹사이트 Honorary Members and Fellows http://www.iesis.org[...] The Institution of Engineers and Shipbuilders in Scotland
_[26] 웹사이트 History of the name in the About section of Helmholtz Association website http://www.helmholtz[...] 2012-04-30
_[27] GPN
_[28] GPN
_[29] 웹사이트 Helmholtzstraße https://www.berlin.d[...] 2018-07-18
_[30] 서적 Making Modern Science: A Historical Survey https://books.google[...] University of Chicago Press

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