Naturwissenschaftlicher Alleskönner "Reichskanzler der Physik": Das einflussreiche Universalgenie Hermann von Helmholtz

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Die Elektrotechnik ließ sich zu Lebzeiten des wissenschaftlichen Alleskönners Hermann von Helmholtz möglicherweise erst erahnen. Mit seinen Forschungen und Erfindungen legte er einige wichtige Grundsteine für die Innovationen der kommenden Generationen von Forschern und Ingenieuren. Wir beleuchten sein Leben und Wirken.

Der Name Helmholtz ist vielen sicherlich vor allem wegen der Helmholtz-Institute ein Begriff, die zu einem der Bereiche gehören, den die Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren betreut. Der Namensgeber Hermann von Helmholtz war ein naturwissenschaftliches Allroundtalent und verantwortete viele wichtige Grundlagen und Nachweise aus wissenschaftlichen Bereichen wie der Thermodynamik oder Akustik. Zudem war er maßgebend für die Gründung der heutigen Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB). Wir beleuchten an dieser Stelle sein Leben.

Geboren wurde Hermann von Helmholtz als Hermann Ludwig Ferdinand Helmholtz am 31. August 1821 im brandenburgischen Potsdam. Den Adelstitel erhielt er erst im Alter von 62 Jahren, sodass wir zunächst nur von Hermann Helmholtz sprechen werden. Seine Eltern waren August Ferdinand Julius Helmholtz, ein Oberlehrer mit einem königlichen Professoren-Patent, und Caroline Helmholtz, die Tochter eines hannoverschen Artillerieoffiziers mit dem Nachnamen Penne – ihr Vater war ein direkter Nachkomme des Amerikaners William Penne, der 1681 den US-Bundesstaat Pennsylvania (damals noch als Provinz) gegründet hatte.

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Hermann Helmholtz war das erste Kind seiner Eltern, es folgten noch die beiden Schwestern Marie und Julie und drei Brüder Otto, Ferdinand und Heinrich, wobei die beiden letztgenannten sehr früh verstarben. Zu seinem Bruder Otto, der später Ingenieur wurde, hatte Hermann Helmholtz auch weit über seine Kindheit hinaus eine besonders enge Bindung. Seine Schulzeit verbrachte er in Potsdam, wo er auf dasselbe Gymnasium ging, an dem auch sein Vater lehrte.

Mit Physik-Interesse zur Medizin

Das persönliche Interesse von Hermann Helmholtz lag von allem bei der Physik, was aber – wie auch die meisten anderen Naturwissenschaften – kein Fach mit einer Aussicht auf eine gute Bezahlung war. Da auch sein Vater als Lehrer zwar angesehen, aber nicht sonderlich vernünftig bezahlt war, entschloss sich Hermann Helmholtz für ein Studium der Medizin, wobei er auch von medizinischen Themen fasziniert war. Das Studium trat er 1838 im Medizinisch-chirurgischen Friedrich-Wilhelm-Institut in Berlin an, das bis zum Ende des Zweiten Weltkriegs eine medizinische Ausbildungsstätte war. Mittlerweile sind die Gebäude der Sitz des Ministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz.

Seine Promotion absolvierte Hermann Helmholtz im Jahr 1842, wofür er sich mit mikroskopischer Anatomie beschäftigte. Da sein Studium mit einer Pflicht zum Militärdienst verbunden war, diente er ab dem Jahr 1843 in Potsdam und wurde später Militärarzt im königlichen Regiment. Da er das Interesse des Forschers Alexander von Humboldt erweckt hatte, konnte er 1848 vom Militärdienst an die Berliner Kunstakademie wechseln, um dort Anatomie zu unterrichten, wo er auch eine Professur für Physiologie erhielt.

Nur ein Jahr später nahm er eine Professorenstelle für Physiologie und Pathologie in Königsberg an. Im selben Jahr, also 1849, heiratete Hermann Helmholtz die sechs Jahre jüngere Olga von Velten. Allerdings litt sie unter Tuberkulose. Ihr bekam das Klima in Königsberg nicht, sodass Hermann Helmholtz im Jahr 1855 die Gelegenheit wahrnahm, erneut eine neue Professorenstelle für Physiologie anzunehmen, dieses Mal in Bonn. Gelockt durch eine besonders gute Bezahlung trat er dann im Jahr 1858 seine letzte Professur im medizinischen Bereich an, und zwar in Heidelberg.

Zweite Ehe, Wechsel zur Physik und Lebensabend

Privat musste Hermann Helmholtz Ende des Jahres 1859, als er bereits in Heidelberg arbeitete, einen Rückschlag hinnehmen. Seine Frau Olga verstarb im Alter von nur 32 Jahren und hinterließ ihm eine Tochter und einen Sohn. Er verliebte sich neu und heiratete im Mai 1861 die 13 Jahre jüngere Anna von Mohl, mit der er weitere drei Kinder bekam. Seine Professorenstelle in Heidelberg behielt er währenddessen bis zum Jahr 1870. Danach, im Alter von 59 Jahren, ging er aber nicht etwa in den Ruhestand, sondern nahm 1871 eine Stelle an, die seiner eigentlichen Leidenschaft entsprach: Er übernahm das Ordinariat für Physik an der Friedrich-Wilhelms-Universität in Berlin.

Schon zuvor hatte er sich in Heidelberg häufig eher mit physikalischen statt physiologischen Themen beschäftigt, was nicht nur in den Kreisen der Wissenschaft, sondern auch den gebildeteren Schichten im ganzen Lande, aber vor allem in Heidelberg nicht verborgen blieb. Somit war der Wechsel von Hermann Helmholtz zur Physik und nach Berlin keine Überraschung – er wurde mit Ehren aus Heidelberg verabschiedet und konnte sich in Berlin auf mathematische Konzepte zur Erklärung der theoretischen Physik konzentrieren. Noch im Jahr 1870 wurde er zum Mitglied der Preußischen Akademie für Wissenschaften und der Königlich Schwedischen Musikakademie sowie der Königlichen Gesellschaften der Wissenschaften in Uppsala ernannt, letzteres im Jahr 1872. Er war zudem von 1878 bis 1894 der Präsident der Physikalischen Gesellschaft in Berlin und im Jahr 1882 ein wichtiger Beteiligter an den Plänen zur 1887 gegründeten Physikalisch-Technischen Reichsanstalt.

1883 wurde er für seine Errungenschaften geehrt, indem er in den preußischen Adelsstand erhoben wurde und fortan Hermann von Helmholtz hieß. Zwischen 1889 und 1894 musste er gleich mehrere dunkle Momente überstehen – zuerst starb sein zweitjüngster Sohn Robert im Jahr 1889 im Alter von 27 Jahren, 1892 verstarb dann sein enger Freund Werner von Siemens, der auch der Schwiegervater von Helmholtz’ jüngster Tochter Ellen war. 1894 verließen ihn noch zwei weitere Freunde, nämlich der Physiker August Kund sowie Heinrich Hertz, der früher ein Schüler von Helmholtz war. Hermann von Helmholtz selbst erlitt im selben Jahr einen zweiten Schlaganfall und verstarb schließlich am 8. September 1894, gut eine Woche nach seinem 73. Geburtstag. Sein Grab auf dem Friedhof Wannsee ist seit dem Jahr 1967 ein Ehrengrab der Stadt Berlin. In der Humboldt-Universität Berlin steht zudem eine Statue von Hermann von Helmholtz.

Helmholtz legt viele Grundlagen

Nachdem wir nun das Leben von Hermann von Helmholtz umrissen haben, gehen wir noch ein wenig auf seine Errungenschaften für die Wissenschaft und die Elektrotechnik ein. Da die Elektrotechnik als Fachgebiet zu Helmholtz’ Lebenszeit noch in den Kinderschuhen steckte – den weltweit ersten Studiengang für Elektrotechnik führte Erasmus Kittler 1882 in Darmstadt ein – geht es dabei vor allem um wissenschaftliche Grundlagen.

Von diesen Grundlagen und Erkenntnissen hatte Helmholtz viele zu verantworten, da er als Universalgenie galt und einer der letzten Wissenschaftler war, die erfolgreich gleich mehrere naturwissenschaftliche Bereiche beherrschten. Helmholtz forschte neben der Physik auch in seinem studierten Fach Medizin, wobei er sich dabei vor allem auf die Physiologie und Psychologie konzentrierte. Diese beiden Themen verband er auch mit der Physik, ebenso wie das Fachgebiet der Ästhetik, aber auch philosophische Fragen waren ihm nicht fremd.

Die Ausformulierung des Energieerhaltungssatzes ist eines von vielen wichtigen Themen, mit denen er schon in einem relativ jungen Alter von 26 Jahren für Aufsehen sorgte. Er kam durch Versuche zur Erkenntnis, dass Energie nicht erzeugt oder vernichtet werden kann, sondern nur in andere Formen gewandelt oder auf andere Körper übertragen werden kann, und veröffentlichte diese Erkenntnis. Diese wurde daraufhin zum wichtigsten Leitsatz der Thermodynamik und maßgebend für die Meteorologie, denn nur mit dem Fakt, dass die vorhandene Energie auf der Welt konstant ist, lassen sich viele Phänomene vor allem rund um das Wetter auch naturwissenschaftlich beschreiben und berechnen.

Optische Erfindungen und Initiator für die Physikalisch-Technische Bundesanstalt

Im Bereich der Optik hatte Helmholtz einen guten Blick – er erfand zum Beispiel während seiner Zeit als Mediziner einen Augenspiegel, mit dem man erstmals den Augenhintergrund eines Patienten erkennen und analysieren konnte. Dies war letztlich die erste nicht invasive, bildgebende Analyse-Möglichkeit für anatomische Details, die im Inneren des Körpers liegen. Hermann von Helmholtz erfand das Telestereoskop, eine Art von Fernrohr, das gewissermaßen einen vergrößerten Augenabstand mit Spiegeln simuliert, was den Effekt hat, dass man auch bei weiter entfernten Objekten eine deutlich verbesserte Entfernungs- oder Tiefeneinschätzung vorgenommen werden kann.

Auch die Akustik beschäftigte ihn. Er konnte zum Beispiel zeigen, welche Einflüsse Obertöne bei Musik auf die Klangfarbe haben. Für seinen Einfluss auf die Elektrotechnik ist keine bestimmte Erkenntnis entscheidend, die Helmholtz formulierte, sondern vielmehr die Tatsache, dass er dank seiner universellen Reputation einen Einfluss auf die Forschungsbestrebungen der Politik hatte. Denn zusammen mit Werner von Siemens trieb er die Gründung eines Forschungsinstitutes für verschiedenste physikalische Fragen voran, das schließlich vom Staat bewilligt wurde.

Die Rede ist von der schon zuvor erwähnten PTR, der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt (inzwischen PTB, Physikalisch-Technische Bundesanstalt), in der seit Ende des 19. Jahrhunderts viele bekannte Köpfe der Elektrotechnik arbeiteten, so auch ab 1905 der Physiker Harald Schering mit seinem Fachgebiet Starkstrom. Die PTR hat für viele wichtige Erkenntnisse und Entwicklungen gesorgt, die unsere heutige Elektrotechnik unmittelbar beeinflusst haben. Hinzu kommt der Zusammenschluss von Forschungsinstituten im Rahmen der Helmholtz-Gesellschaft. Ohne Hermann von Helmholtz als inspirierende Ikone und Initiator der PTR wäre die Reise der modernen Physik und Elektrotechnik sicherlich langsamer verlaufen. (sb)

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