Sahip olduğu pozisyonların çeşitliliği, ilgi alanlarını ve yetkinliğini yansıtır, ancak zihninin çalışma şeklini yansıtmaz. Tıpla başlayıp fizyolojiye geçmedi, sonra matematik ve fiziğe kaymadı. Aksine, bu disiplinlerdeki deneyimlerinden elde ettiği içgörüleri koordine edebildi ve bunları incelediği her soruna uygulayabildi. En büyük eseri,Handbook of Physiological Optics (1867), - tüm bilimsel çalışmaları gibi - kesin fizyolojik araştırmalarla şekillendirilmiş ve matematiksel kesinlik ve sağlam fiziksel ilkelerle resmedilmiş keskin bir felsefi kavrayışla karakterize edildi.
Helmholtz'un çalışmalarının tamamı olmasa da çoğundan geçen genel temanın izini sürülebilir.Doğa felsefesi ve bu baştan çıkarıcı dünya görüşünü reddetmesinin şiddeti, onun için sahip olduğu erken çekiciliği gösterebilir. Doğa felsefesi türetilmiştir1780'lerde zaman, mekan ve nedensellik kavramlarının duyusal deneyimin ürünleri değil, dünyayı algılamayı mümkün kılan zihinsel nitelikler olduğunu öne süren Kant . Bu nedenle zihin, Ampiristlerin ısrar ettiği gibi doğadaki düzeni yalnızca kaydetmedi; daha ziyade akıl, algılar dünyasını ilahi aklı yansıtarak birkaç temel ilkeden dünyanın sistemini çıkarabilecek şekilde düzenledi. Helmholtz, tüm bilginin duyulardan geldiği konusunda ısrar ederek bu görüşe karşı çıktı. Dahası, tüm bilimler kanunlara indirgenebilir ve indirgenmelidir.Ona göre maddeyi, kuvveti ve daha sonra enerjiyi gerçekliğin tamamı olarak kapsayan klasik mekanik .
Helmholtz'un doğaya yaklaşımı, Müller'in laboratuvarında doktora çalışması sırasında yaptığı ilk bilimsel araştırmalarda kendini göstermiştir. Çoğu biyolog gibi, Müller de bircanlı süreçleri fizik ve kimyanın olağan mekanik yasalarına indirgemenin asla imkansız olacağına ikna olmuş bir vitalist . Organizmanın bir bütün olarak fizyolojik parçalarının toplamından daha büyük olduğu konusunda ısrar etti. Canlı yaratığı karakterize eden uyumlu organik davranışı üretmek için organların fizyolojik eylemini koordine eden bazı hayati güçler olmalıdır . Böylesine hayati bir güç, deneysel araştırmaya uygun değildi ve bu nedenle Müller, gerçekten deneysel bir fizyolojinin imkansız olduğu sonucuna vardı.
Müller'in laboratuvarında Helmholtz, aralarındaDeneysel nörofizyolojinin kurucusu Emil Heinrich Du Bois-Reymond veErnst Wilhelm von Brücke , daha sonra insan gözünün operasyonları konusunda uzman oldu . Du Bois-Reymond, Helmholtz'un kendi pozisyonunu tam olarak ifade eden bir açıklamayla Müller'in görüşlerine karşı olduklarını dile getirdi. "Brücke ve ben," diye yazmıştı Du Bois-Reymond, "bir organizmada ortak fizikokimyasal güçlerden başka hiçbir gücün etkisinin olmadığı şeklindeki temel gerçeği doğrulamak için birbirimize yemin ettik..."
Helmholtz , 1842'de sinir lifleri ve sinir hücreleri arasındaki bağlantı üzerine doktora tezine bu tavırla başladı . Bu kısa sürede onu daha geniş bir araştırma alanına, yani bilginin kaynağına götürdü.hayvan ısısı Fransa'daki son yayınlar, bir hayvan vücudunda üretilen tüm ısının, ilgili çeşitli kimyasal elementlerin, özellikle karbon, hidrojen ve oksijenin birleşiminin ısısının sonucu olduğuna dair daha önceki kendinden emin iddiaya şüphe düşürdü. 1842'deJustus von Liebig Animal Chemistry adlı kitabında hayvan ısısının mekanik teorisini yeniden kurmaya çalıştı ; veya Fizyoloji ve Patolojiye Uygulanmasında Organik Kimya. Liebig bunu deneylerle yapmaya çalışırken, Helmholtz çok daha genel bir yol izledi. Hem fizikte hem de matematikte uzman olan Helmholtz, zamanın başka hiçbir fizyologunun yapmaya bile cesaret edemediği bir şeyi yapabildi - problemi matematiksel ve fiziksel bir analize tabi tuttu. Yaşamsal ısı, organik vücuttaki kimyasal reaksiyonlarda yer alan maddelerin tüm ısılarının toplamı değilse, fiziksel yasalara tabi olmayan başka bir ısı kaynağı olması gerektiğini varsaydı. Bu, elbette, tam da dirimselcilerin iddia ettiği şeydi. Ancak böyle bir kaynak, diye devam etti Helmholtz, bireğer ısı bir şekilde kontrol altına alınabilirse sürekli hareket makinesi. Bununla birlikte, fizik, sürekli hareket makinesi olasılığını, Paris Bilimler Akademisi'nin bu soru üzerine kendini açıkladığı 1775 gibi erken bir tarihte reddetmişti. Dolayısıyla Helmholtz, hayati ısının organizma içindeki mekanik kuvvetlerin ürünü olması gerektiği sonucuna vardı. Oradan, tüm ısının olağan kuvvetlerle ilişkili olduğunu ve son olarak kuvvetin kendisinin asla yok edilemeyeceğini belirtmek için sonuçlarını genelleştirmeye devam etti. “ Koruma Üzerine ” adlı makalesi1847'de ortaya çıkan Kuvvetin, hem fizyoloji tarihinde hem de fizik tarihinde bir çığır açtı. Fizyoloji için, bundan böyle fizyologların fizik ve kimyadaki meslektaşlarıyla aynı türden malzeme ve enerji dengelerini gerçekleştirmelerine izin veren, organik doğa hakkında temel bir ifade sağladı. Fizik bilimleri için, evren ilkesinin ilk ve kesinlikle en açık ifadelerinden birini sağladı.enerjinin korunumu .
1850'de Helmholtz dirimselciliğin tabutuna bir çivi daha çaktı . Müller kullanmıştıasla deneysel ölçüme tabi tutulmayacak hayati bir fonksiyonun bir örneği olarak sinir impulsu. Helmholtz, bu dürtünün mükemmel bir şekilde ölçülebilir olduğunu ve saniyede yaklaşık 90 fit (27 metre) gibi oldukça yavaş bir hıza sahip olduğunu buldu. (Bu ölçüm, miyografın icadıyla elde edildi ve Helmholtz'un yeni aletler yaratma becerisini gösteriyor.) Sinir uyarısının yavaşlığı, bunun hayati bir gücün gizemli geçişini değil, ağır ağır moleküllerin yeniden düzenlenmesini içermesi gerektiğinde ısrar edenleri daha da destekledi. .
Helmholtz'un en değerli icatları arasında şunlar vardı:oftalmoskop veoftalmometre (veya keratometre), her ikisi de 1851'de yapılmıştır. (İngiliz matematikçi ve mucit Charles Babbage, 1847'de oftalmoskopa çok benzeyen bir alet geliştirdi .)Helmholtz , iş başındaki ilahi aklın dirimalist fikriyle hiç de uyumlu olmayan oldukça kusurlu bir işçilik parçası olduğunu tesadüfen göstererek, retinadan yansıyan ışığı , dokunun keskin bir görüntüsünü elde etmek için odaklayabildiğini keşfetti. Oftalmoskop, yüksek kan basıncına ve atardamar hastalığına dair ipuçlarının gözlemlenebileceği retinal kan damarlarını incelemek için kullanabilen doktorun en önemli araçlarından biri olmaya devam etmektedir . Oftalmometre, gözün değişen optik koşullara uyumunun ölçülmesine izin vererek, diğer şeylerin yanı sıra, uygun gözlük reçetesine izin verir.
Helmholtz'un göz üzerine araştırmaları , ilk cildi 1856'da yayınlanan Handbook of Physiological Optics adlı kitabına dahil edildi. İkinci ciltte (1867), Helmholtz optik görünüşleri daha da araştırdı ve daha da önemlisi, felsefi bir problemle uğraştı. Kant'ın zaman ve mekan gibi temel kavramların deneyimle öğrenilmediği, zihnin algıladığı şeyi anlamlandırmak için zihin tarafından sağlandığı konusundaki ısrarı . Sorun, Müller'in yasa dediği şeye ilişkin ifadesiyle büyük ölçüde karmaşık hale gelmişti.spesifik sinir enerjileri. Müller, duyu organlarının nasıl uyarılırlarsa uyarılsınlar her zaman kendi duyularını "bildirdiklerini" keşfetti. Böylece, örneğin, optik olgularla hiçbir ilgisi olmayan göze bir darbe, alıcının "yıldızları görmesine" neden olur. Açıkçası, göz dış dünyayı doğru bir şekilde rapor etmiyor, çünkü gerçek darbedir, yıldızlar değil. O halde, duyuların dış dünya hakkında bildirdiklerine güvenmek nasıl mümkün olabilir? Helmholtz, bu soruyu hem optik üzerine çalışmasında hem de ustaca çalışmasında etraflıca inceledi.Müzik Teorisi İçin Fizyolojik Bir Temel Olarak Ton Duygusu Üzerine (1863). Tam bir başarı elde edemeden yapmaya çalıştığı şey, duyum mekanizmasının tamamını açığa çıkarmak umuduyla, duyu sinirleri ve (iç kulak gibi) anatomik yapılardan beyne kadar duyumların izini sürmekti. Bu görevin henüz tamamlanmadığı ve fizyologların hâlâ zihnin dış dünya hakkında nasıl bir şey bildiğinin gizemini çözmekle meşgul oldukları not edilebilir.
Helmholtz'un ayrıntılı görme araştırması, görme duyusunun görme fikrini tam olarak nasıl yarattığını göstererek Kant'ın uzay teorisini çürütmesine izin verdi.boşluk _ Helmholtz'a göre uzay, içsel değil , öğrenilmiş bir kavramdı. Dahası Helmholtz, Kant'ın uzayın zorunlu olarak üç boyutlu olduğu, çünkü zihnin onu böyle kavraması gerektiği şeklindeki ısrarına da saldırdı. Hatırı sayılır matematiksel yeteneklerini kullanarak Öklid dışı uzayın özelliklerini araştırdı ve bunların üç boyutun geometrisi kadar kolay tasarlanabileceğini ve üzerinde çalışılabileceğini gösterdi .
Helmholtz'un matematiksel yetenekleri Öklid dışı geometri gibi teorik planlarla sınırlı değildi . Fizikçileri ve matematikçileri uzun süredir hayal kırıklığına uğratan denklemlere saldırdı ve bunları çözdü. 1858'de " Hidrodinamik Denklemlerin İntegralleri Üzerine" adlı makalesini yayınladı.Girdap Hareketleri Uyum Sağlıyor.” Bu sadece matematiksel bir güç turu değildi, aynı zamanda kısa bir süre için maddenin temel yapısına bir anahtar sağlıyor gibiydi. Helmholtz'un matematiksel analizinden çıkan sonuçlardan biri, birideal sıvı inanılmaz derecede kararlıydı; birbirleriyle elastik olarak çarpışabiliyorlar, karmaşık düğüm benzeri yapılar oluşturmak için iç içe geçebiliyorlar ve kimliklerini kaybetmeden gerilimlere ve sıkıştırmalara maruz kalıyorlar. 1866'daWilliam Thomson (daha sonra Lord Kelvin), bu girdapların, optik, elektriksel ve manyetik fenomenlerin temeli olduğu varsayılan eterden oluşuyorsa, tam olarak katı maddenin ilkel atomları gibi davranabileceğini öne sürdü . Böylece eter evrendeki tek madde haline gelecek ve tüm fiziksel fenomenler onun statik ve dinamik özellikleriyle açıklanabilecekti.
Helmholtz'un elektrik ve manyetizma alanındaki çalışmaları, onun klasik mekaniğin muhtemelen en iyi bilimsel akıl yürütme tarzı olduğuna olan inancını ortaya koydu . Çalışmaları takdir eden ilk Alman bilim adamlarından biriydi.İngiliz bilim adamlarının elektrodinamiğiMichael Faraday veJames Katip Maxwell . Faraday , uzaktan etkiyi, yani aralarındaki ortamı değiştirmeden uzayda iki cisim arasındaki eylemi alışılmışın dışında bir şekilde reddederek Newton fiziğinin temellerine bir darbe vurmuş gibi görünmüştü . Ancak Maxwell, Faraday yasalarının matematiğini yorumlayarak , Newton fiziği ile klasik mekanik arasında hiçbir çelişki olmadığını gösterdi. Helmholtz elektrodinamiğin matematiğini daha da geliştirdi. Son yıllarını başarısız bir şekilde tüm elektrodinamiği minimum bir matematiksel ilkeler kümesine indirgemeye çalışarak geçirdi;eterin tüm uzayı kapladığı düşünülüyordu.
Helmholtz, elektriğin doğası konusunda Maxwell ile tamamen aynı fikirde değildi. Maxwell'den farklı olarak Helmholtz, elektrokimyayla, özellikle de galvanik hücrenin doğasıyla ilgileniyordu ve çalışmıştı . Maxwell , elektrik akımını yalnızca eterin veya akımın içinden aktığı ortamın polarizasyonunun sonucu yapmış olurdu . Öte yandan Helmholtz, elektrokimyasal bir hücreden geçen akım miktarıyla ilgili olan Faraday'ın elektroliz yasalarına tamamen hakimdi .kutuplarda biriken elementlerin eşdeğer ağırlıklarına. 1881'de Londra'da Faraday'ın onuruna verdiği bir konferansta Helmholtz, bilim adamlarının, zamanın çoğu kimyagerinin yaptığı gibi kimyasal atomların varlığını kabul etmeleri halinde, Faraday yasalarının zorunlu olarak elektriğin parçacıklı doğasını ima ettiğini savundu. Bu varsayımsal parçacık kısa süre sonra vaftiz edildi.elektron ve ironik bir şekilde, varlığının fiziği, Helmholtz'un elektrodinamik teorilerinin yanlışlanmasına yardımcı oldu.
Helmholtz, elektrodinamiği formüle etme hedefinde başarısız olmasına rağmen, eterin sözde özelliklerinden neredeyse tüm elektromanyetik etkileri çıkarsama yapabildi. Öğrencisinin radyo dalgalarını keşfetmesi1888'de Heinrich Hertz , Faraday, Maxwell ve Helmholtz'un teorilerinin deneysel olarak doğrulanması olarak görüldü. Tarafından önerilen özel ve genel görelilik teorileriAlbert Einstein , esiri ortadan kaldırarak Helmholtz'un teorilerini yok etti.
Helmholtz'un ses ve müzik üzerine ilk çalışmaları onu dalga hareketi çalışmasına yöneltmişti . Enerjinin korunumu üzerine yaptığı çalışmalar, onu enerji transferi problemleriyle tanıştırdı . Bu iki alan, daha sonraki yıllarda meteoroloji çalışmalarında birleşti , ancak fenomenler o kadar karmaşıktı ki, gelecekteki araştırma alanlarına yol göstermekten fazlasını yapamadı.
Helmholtz'un çalışması, klasik mekaniğin gelişiminin son ürünüydü. Gidebildiği yere kadar itti. Helmholtz öldüğünde, fizik dünyası devrimin eşiğindeydi. X-ışınlarının, radyoaktivitenin ve göreliliğin keşfi, Helmholtz'un başarılarının etkileyici olmasına rağmen yeni nesle sunacak çok az şeyi olduğu yeni bir fizik türüne yol açtı.