Hermann von Helmholtz: biografía de este médico y físico alemán

Hermann von Helmholtz es uno de los investigadores más importantes de la historia de la ciencia moderna. Renombrado en su natal Alemania y famoso en el mundo entero, este científico contribuyó enormemente en todo tipo de campos del conocimiento.

Fisiología, mecánica, química, física e, incluso, psicología fueron disciplinas en las que von Helmholtz contribuyó de una u otra forma. De hecho, es gracias a ser tutor e inspirador de Wilhelm Wundt que se pudo desarrollar el primer laboratorio empírico de psicología.

A continuación descubriremos la vida de este investigador a través de una biografía de Hermann von Helmholtz, a qué personas influyó, sus contribuciones y obras principales y los honores que recibió.

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Breve biografía de Hermann von Helmholtz

Hermann von Helmholtz fue un personaje histórico del siglo XIX, y como la gran mayoría de los pensadores de su época no se dedicó a solo una profesión, sino a varias. Fue médico, y físico alemán, pero con sus contribuciones también se le puede considerar físico, químico, neurólogo, experimentador en psicología de la percepción y filósofo, todas ellas profesiones que de primeras puede parecer que no peguen mucho, pero que desde luego tuvieron una importante base científica gracias al genio y obra de este alemán.

En fisiología y psicología es conocido por sus trabajos sobre el funcionamiento y la percepción del ojo y oído humanos. Contribuyó en física con su teoría sobre la conservación de la energía, sus trabajos sobre electrodinámica, termodinámica química y la fundamentación mecánica de la termodinámica. En cuanto a su contribución a la filosofía es conocida su forma de defender un pensamiento más empírico y materialista. También fue inventor de aparatos como el oftalmoscopio, el oftalmómetro y varios dispositivos con los que analizaba los sonidos.

Primeros años

Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz nació en Potsdam, Prusia (hoy Alemania) el 31 de agosto de 1821. Era el mayor de cuatro hermanos pero, debido a su delicado estado de salud, permaneció confinado en su casa hasta los siete años de edad. Su padre, Ferdinand Helmholtz era profesor de filosofía en el Gymnasium de Potsdam y amigo cercano de Johann Gottlieb Fichte, mientras que su madre era descendiente de William Penn, el fundador del estado de Pensilvania.

Se dice que de su madre heredó la calma y la perseverancia, cualidades que le acompañaron durante toda su vida de científica, mientras que de su padre recibió una importante herencia cultural, siendo este hombre quien le formó en lenguas clásicas, francés, inglés e italiano, además de introducirle en la filosofía de Immanuel Kant y Fichte.

Formación como médico

Su padre lo motivaría a estudiar medicina, cosa que inició nada más finalizar sus estudios de secundaria. Lo haría en la facultad de medicina de Berlín (Instituto Federico Guillermo Médico-Quirúrgico) popularmente bautizada como la Pépinière de Berlín. El motivo por el que fue a parar ahí fue que no había que pagar la matrícula, cosa importante puesto que su familia no era muy rica. Para poder estudiar ahí, el joven Helmholtz se comprometió a servir ocho años en el ejército. Allí optaría por formarse en fisiología, siendo pupilo de Johannes Peter Müller.

Cuatro años más tarde el joven Helmholtz abandonaría la Pépinière como doctor en anatomía para realizar prácticas en la Charité de Berlín. En 1841 empezó su tesis doctoral bajo la dirección de Müller, la cual era un estudio de la estructura del sistema nervioso en los invertebrados. Durante la elaboración de esta tesis descubrió que las fibras nerviosas surgen de unas células que ya habían sido anteriormente identificadas por Christian Gottfried Ehrenberg.

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Medicina militar e investigaciones fisiológicas

En 1843 fue destinado al hospital de su natal Potsdam donde trabajaría hasta 1848, trabajando como médico militar. Además de trabajar como médico, pudo realizar investigaciones por su propia cuenta puesto que tenía bastante tiempo libre. De hecho, pudo encargarse de habilitar un barracón para transformarlo en su laboratorio. Sería ese modesto lugar el escenario de varias investigaciones, entre ellas las que realizó sobre la producción de calor durante la contracción muscular.

Su investigación demostró que el calor no era transportado por la sangre o los nervios, sino que era producido por los propios músculos. Así dedujo un equivalente mecánico del calor, hallando la formulación exacta del principio de la conservación de la energía, incorporándolo en su disertación de 1847 “Über die Erhaltung der Kraft” (Sobre la conservación de la energía).

Con este trabajo sugería que no existían unas “fuerzas vitales” que movían los músculos y rechazaba la tradición especulativa de la filosofía natural, corriente mayoritaria en la fisiología alemana del momento. Gracias a este trabajo Helmholtz es considerado uno de los grandes fundadores del principio de la conservación de la energía, estando entre los físicos más destacados del siglo XIX, entre ellos Julius von Mayer, James Prescott Joule y William Thomsom, Lord Kelvin.

Años de docente y final de su vida

Tras todo esto pudo abandonar el ejército y empezar a enseñar anatomía en la Academia de las Artes de Prusia, gracias en parte a la ayuda proporcionada por Alexander von Humboldt. Posteriormente obtendría una plaza en la cátedra de fisiología en Königsberg (1849) y luego en Bonn (1955) y Heidelberg.

En 1871 fue nombrado titular de la cátedra de física y director del Instituto de la Universidad de Berlín y, en 1888, asumió el puesto de presidente del Instituto Físico-Técnico de Charlottenburg. En esta época estudiaría los fenómenos ondulatorios, las leyes sobre el movimiento vertiginosos de los fluidos e investigaciones acerca del movimiento ondulatorio de los fluidos. Pocos años después fallecería, concretamente el 8 de septiembre de 1894, a la edad de 73 años.

Durante sus últimos años de vida pasaron por sus clases grandes científicos y mentes del panorama intelectual del siglo XIX, entre ellos Max Planck, Heinrich Kayser, Wilhelm Wien, Eugen Goldstein, Arthut König, Wilheml Wundt, Henry Augustus Rowland, Albert A. Michelson, Fernando Sanford y Michael I. Pupin.

Obras y contribuciones teórico-prácticas

Su primer gran trabajo investigativo fue su tesis doctoral “Über die Erhaltung der Kraft” (1847) en la que expuso la formulación exacta del principio de la conservación de energía, que ya había sido descubierto por Julius von Mayer pero presentado con escaso rigor científico. Este documento, que fue leído ante la Sociedad Berlinesa de Física, fue el que hizo que Helmholtz se situara entre los grandes físicos del momento. Además, él mismo tuvo el mérito de extender ese principio también a los fenómenos eléctricos y magnéticos.

Más tarde sería cuando se dedicaría a la fisiología. Estudió algunos puntos físico-fisiológicos y estableció una teoría de las sensaciones. Alcanzó notable fama especialmente su “Manual de óptica fisiológica”, sus “Investigaciones sobre las sensaciones sonoras” y “Teoría fisiológica de la música”, todas ellas investigaciones y tratados aparecidos durante el período de 1863 y 1867.

Sus estudios sobre la fisiología sensorial serían la base del trabajo de Wilhelm Wundt, siendo alumno del propio Helmholtz y quien acabaría fundando el primer laboratorio de psicología experimental. De hecho, Wundt describe el método de Helmholtz como el de una suerte de filosofía empírica en el que se estudiaba la mente como un elemento independiente. Helmholtz había rechazado la filosofía natural y había destacado la importancia del materialismo.

En 1849, estando en Königsberg, Helmholtz midió la velocidad de la transmisión de los impulsos nerviosos. Por aquel entonces ya se sospechaba que las señales nerviosas viajaban a lo largo de los nervios a enorme velocidad, pero no se sabía a cuánta. Para poder comprobarlo utilizó un nervio ciático de una rana y el músculo de una de sus ancas. Por medio de un galvanómetro y un método en el que incorporaba el uso de un espejo para reflejar la luz en la habitación para que el aparato pudiera detectarla, pudo comprobar cual era la velocidad del impulso: 24,6-38,4 metros por segundo.

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Estudios fisiológicos

El “Manual de óptica fisiológica” fue publicado en tres partes en 1856, 1860 y 1866. En él se incluye muchas investigaciones realizadas por el autor que fueron importantes contribuciones al conocimiento contemporáneo acerca del ojo, la óptica psicológica, la dióptrica ocular y las sensaciones y percepciones visuales, pertenecientes al campo de la psicología y motivo por el cual Helmholtz es muy estimado dentro de las ciencias del comportamiento y la percepción. Es también en su manual donde describe el oftalmómetro y el oftalmoscopio, dos instrumentos que él mismo había fabricado.

El tratado “Investigaciones sobre las sensaciones sonoras” de 1863 fue el documento fundador de la historia de la acústica como ciencia. En él el autor se preguntó sobre cuál era la esencia de la sensación sonora y descubrió que se debía a movimientos periódicos del aire. Investigó también qué era lo que diferenciaba los tonos musicales entre sí y estableció la existencia de tres características: la intensidad, la altura y el timbre.

En relación con el timbre, Herlmholtz admite que esto es debido a la existencia de “tonos parciales superiores”, fenómeno que hoy en día conocemos como armónicos y que se superponen a los tonos fundamentales. El número y la intensidad de los armónicos es lo que caracteriza el timbre de un sonido. Para investigar el timbre de las vocales construyó unos resonadores que consistían en esferas huecas de diferente diámetro, cada una de ellas entraba en diferente vibración por resonancia cuando se producía cerca de ellos un sonido de período igual al suyo propio.

En esta obra también habló sobre los batimientos, que estudió experimentalmente mediante una sirena polifónica hecha por él mismo y estableció que cuando el número de batimientos para dos tonos sencillos era menor a cierto número se obtenía, por regla general, disonancia. Por medio de estas investigaciones Herlmholtz llegó a una explicación de la armonía por la cual en la música los efectos más agradables eran proporcionados por las relaciones más sencillas entre las vibraciones, explicación que contestaba a una de las cuestiones más discutidas desde los tiempos de Pitágoras.

En su “Teoría fisiológica de la música” (1863) expuso todo un cuerpo homogéneo y bien ordenado sobre las nociones y hechos descubiertos por músicos, físicos y fisiólogos ilustres acerca del arte de las musas, modificándolos y explicándolos en términos matemáticos y mecánicos. El tema principal de esta obra es el de la resonancia en términos físicos y fisiológicos.

Estudios en mecánica y otras obras

En el campo más puramente físico se ocupó de los fenómenos ondulatorios y, en 1858, ya había llegado a formular de manera matemática las leyes sobre el movimiento vertiginoso de los fluidos, iniciando así un nuevo capítulo en la mecánica.

En la mecánica analítica aplicó a la electrodinámica el principio de la mínima acción lo cual le llevaría posteriormente a la formulación de una nueva teoría del electromagnetismo, más completa que la que había planteado James Maxwell. En 1881, estudiando los efectos electrolíticos de la corriente, intuyó un concepto tan moderno como lo es los quanta. Aplicaría el principio de la conservación de la energía a los procesos químicos, haciendo progresar a la química física y la termodinámica.

Además de las obras que hemos comentado, cabe mencionar las “Conferencias de ciencia popular” (1865-1870), “Contar y medir” (1887) y las “Colecciones de disertaciones científicas” (1882-1895). Sus lecciones universitarias de física aparecieron redactadas en cinco tomos de forma póstuma entre 1897 y 1898 bajo el título de “Conferencias de física teórica”.

Honores y legado de Helmholtz

La obra y contribuciones de Helmholtz fueron tan importantes que tanto en vida como póstumamente se le concedieron numerosos honores a nivel internacional. En 1881 fue elegido miembro honorario del Colegio Real de Cirujanos de Irlanda y ese mismo año sería galardonado con la Legión de Honor francesa. En 1884 se le concedió la membresía honoraria de la Institución de Ingenieros y Constructores de Barcos de Escocia.

En 1883 fue honrado por el emperador de Prusia dándole un título nobiliario, estilizando su apellido con el “von” delante que, aunque no suponía ganar tierras, implicaba recibir un título de respeto dentro de la sociedad alemana y era de carácter hereditario, dándole cierto caché social. Sin embargo, el mayor honor a su tarea científica es sin lugar a dudas el haberse bautizado con su nombre la mayor asociación de instituciones científicas en Alemania: la Asociación Helmholtz.

Referencias bibliográficas:

• Cahan, D. (1993). Hermann Von Helmholtz and the Foundations of Nineteenth-Century Science. University of California Press. p. 198. ISBN 978-0-520-08334-9.
• Patton, L., (2009), Signs, Toy Models, and the A Priori: from Helmholtz to Wittgenstein, Studies in the History and Philosophy of Science, 40 (3): 281–289.
• Turner, R. S. (2014) In the Eye's Mind: Vision and the Helmholtz-Hering Controversy, Princeton University Press, p. 36.