Collected Essays on Philosophy, Science, Aesthetics and Psychology 1884–1901
GA 30
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23. Hermann Helmholtz
Today's German physicists agree that it is the greatest among them who closed his eyes forever on September 8, 1894. For decades, wide circles of educated people have become accustomed to turning primarily to the writings of two outstanding contemporaries when they need advice on the two most important questions that the contemplation of nature awakens in every thinking person. Those who thirst to learn something about how living beings, including man, have come into being and developed, should consult the works of Ernst Haeckel; those who ponder the effects of nature on man's senses will find the most varied inspiration in the works of Hermann Helmholtzens. These two men are the embodiment of our current understanding of nature. The one endeavored to solve the riddle of the becoming of living beings; the other immersed himself in what had become and traced the laws of its action. Few researchers have succeeded in having their achievements recognized to such a high degree during their lifetime as Hermann Helmholtz. Tributes and awards poured in from all over the world when he celebrated his seventieth birthday three years ago. Such a rare success is astonishing when one considers the difficulties with which the pioneers of science often have to struggle, especially when, like Helmholtz, they disdain to step out of the circle of their scientific work and take part in branches of public life in which there is more interest than in strict science. The astonishment disappears as soon as one takes a look at the historical position of the deceased researcher within the scientific development of the last century. Helmholtz's youth was a time that was richer than any other in burning scientific questions. He found a myriad of tasks that were in such a state that the solution could be expected any day. The methods of research were so well developed that in many cases only a small step was needed to achieve epoch-making discoveries on the paths already taken. The great stimulus in the field of natural science in Germany is Johannes Müller, the teacher of Helmholtz and Haeckel and many others with whose names the modern view of nature is associated. All those who were present at the celebration of Ernst Haeckel's sixtieth birthday in Jena on February 17, 1894, will never forget the enthusiasm with which this researcher spoke the words with which he described the influence that Johannes Müller had exerted on him: "I had already heard comparative anatomy ... and came, so well prepared, to the lectures of Johannes Müller, a man whose extraordinary greatness and majesty are still vivid in my mind today. Now, when I occasionally tire at work, I need only look at the picture of Johannes Müller hanging in front of me in my study to gain new strength. ... He taught comparative anatomy and physiology. ... I had such reverence for his formidable personality that I did not dare to approach him. ... It happened to me several times that I wanted to ask him for advice. My heart pounding, I climbed the stairs, touched the doorbell, but didn't dare ring it and turned back." This is how his students describe the man who initiated the scientific movement within which Helmholtz achieved his great successes. Johannes Müller purged science of a whole series of prejudices in order to clear the way for a sober, but unbiased view of the processes in the animal and human organism. He took up the fight against the short-sighted view that assumes two fundamentally different explanatory principles for inorganic and organic nature, between which mediation is supposed to be absolutely impossible. To explain inorganic nature, this view assumed the mechanical, chemical and physical forces; to elucidate the phenomena of organic life, it believed that a special "life force" was required, of which, however, a clear conception is impossible. The extension of the physical approach and its methods to the study of living nature forms the basic feature of the so-called "scientific age", which began with Johannes Müller. Helmholtz's research results bear the hallmark of this age in the most perfect way. Any scientific assumption that contradicts the laws of mechanical physics is unjustified: that was the end of his thinking. Whoever speaks of a "life force" turns the organism into a perpetual motion machine, a self-moving mover. He makes the force necessary for organic movement spring from nothing. This is impossible. Every form of force can only arise from another through transformation. There is one unchangeable quantity of force in the universe, and all kinds of forces, organic as well as inorganic, can only be forms of this one force. Where force arises, it must emerge from the transformation of a corresponding quantity of a different kind of force. This is the now famous "law of the conservation of force", which Helmholtz defended before the members of the Berlin Academy of Sciences in 1847. The fact that the establishment of this law was in the truest sense of the word a requirement of the view of the times is proven by the fact that it was also discovered at the same time by Julius Robert Mayer from Württemberg. The application of the physical research method to the processes of organic life led Helmholtz to the idea of determining the speed at which a stimulus exerted on a nerve propagates in the organism. The fact that he succeeded in this was a success for the physical school of thought. It was proof that the processes inside and outside the organism could be measured.
Helmholtz also used the same physical method to research the laws according to which our senses convey our perception of the outside world. Johannes Müller had also paved the way in this field. He was the originator of the view that the type of sensation that an external impression makes on us depends on the sensory nerves through which it is conveyed. If the optic nerve is stimulated, the sensation of light arises, regardless of whether light or electric current or pressure acts on the eye. This theorem drew the attention of natural scientists to the mechanism of the sensory organs. Helmholtz found a fruitful field of work here. A momentous invention in this field made him a famous man in one fell swoop. It is the ophthalmoscope, through which the images on the retina in the eye and parts of this retina itself can be observed. Helmholtz also found everything ready for this invention. Brücke, also a student of Johannes Müller, had been working on the theory of ocular luminosity, which is based on the fact that part of the light that falls on the retina is reflected back outwards. Brücke had only neglected to ask himself which optical image the light returning from the eye belonged to. Helmholtz came across this question when he was considering how he could best teach his students Brücke's theory of ocular luminosity. The answer to this question also provided the instrument that would allow us to look inside the human eye and thus open up new avenues in ophthalmology. Helmholtz thus proved that modern natural science must also satisfy those who agree with Bacon of Verulam, the father of empirical science, and believe that science should draw its knowledge from life in order to make it practically applicable to life. The construction of the eye mirror was decisive for his external position in the world. He now found no obstacle to carrying out his great plans concerning the physiology of the sensory organs. He set out the functions of the eye and the ear in two extensive works. He shed new light on long-known facts and improved inadequate methods. When it came to filling gaps in research left open by his predecessors with new equipment, his ingenuity never let him down. In this way, in his "Physiological Optics" and in his "Doctrine of the Sensations of Sound", he produced works that have become fundamental to the fields of knowledge to which they belong. He subjected the processes in the eye under the influence of external objects and after the removal of the external influence to a precise investigation; for the perception of colors and color nuances he devised ingenious hypotheses based on the views of Th. Young. Some of his explanations are no longer tenable in the light of our present experience; but everyone who enters this field of research first seeks to gain a position in relation to Hermann Helmholtz's views. Proof of this is the recently published "Theory of Color Vision" by Ebbinghaus. No one contradicted Helmholtz without first expressing their appreciation of his achievements.
Helmholtz's explanation of the nature of timbre in his "Theory of the Sensations of Tone" had the effect of enlightenment. Helmholtz had deduced from observations first made by G. S. Ohm that the so-called tones of the violin, piano and so on, and even those of the human voice, are not simple tones at all, but sound phenomena composed of one tone with its numerous overtones. By taking into account the experience that microscopists had gained about the structure of the ear, he succeeded in gaining an understanding of how the organ of hearing breaks down the composite elements back into their constituent elements and in this way conveys the perception of timbre to consciousness. Helmholtz explains the appearance of chords by the occurrence of so-called beats when two tones of different pitches are sounded simultaneously, which consist in the alternating rise and fall of the tone strengths. With this work, Helmholtz wanted to provide a physiological basis for music aesthetics. How well he knew that aesthetics had an independent field alongside natural science, which he himself did not want to enter, is demonstrated by his words in the final chapter of the book, where he says with regard to the questions that lie beyond physiology: "Admittedly, the more interesting part of musical aesthetics only begins here - after all, it is a matter of finally explaining the wonders of the great works of art, of getting to know the expressions and movements of the various moods of the soul. However tempting the goal may be, I prefer to leave these investigations, in which I would feel too much like a dilettante, to others and remain myself on the ground of natural research to which I am accustomed." These words should be heeded by those who believe that all salvation must come from natural science, and for whom all intellectual courage immediately fades if they do not have the solid ground of experimental facts under their feet.
The inner circle of mathematical physicists and mathematicians also regarded Hermann Helmholtz as a leading spirit in his field of knowledge. He succeeded in solving problems on which Euler and Lagrange had tried their ingenuity in vain. He found answers in many things where others only clearly recognized that there was a question. He who works in this way satisfies many, because he frees them from the nightmare of agonizing riddles. Some of Johannes Müller's enormous demands have been fulfilled today. Helmholtz is the greatest of those who have worked on this fulfillment. He was one of the best of his time because he understood his tasks like few others. His views on art were rooted in the soil of classicism. In his "Doctrine of the Sensations of Sound", he wanted to create a scientific basis for classical music. This did not prevent him from fully understanding Richard Wagner's genius. We younger people need not be deceived by the fact that we can no longer share Helmholtz's views in many areas. A new view of art, a new philosophy fills us, and these will also have a new view of nature in their wake, which will break with much that is associated with Helmholtz's name. But every view of the times gives rise to achievements that are everlasting, and these include those that Helmholtz incorporated into science out of the character of his time.
Hermann Helmholtz
Die deutschen Physiker der Gegenwart sind darin einig, daß es der größte unter ihnen ist, der am 8. September 1894 die Augen für immer geschlossen hat. Weite Kreise von Gebildeten haben sich seit Jahrzehnten daran gewöhnt, vorzüglich zu den Schriften zweier hervorragender Zeitgenossen ihre Zuflucht zu nehmen, wenn sie einen Rat brauchen bezüglich der zwei wichtigsten Fragen, die die Betrachtung der Natur in jedem denkenden Menschen erweckt. Wem darnach dürstet, etwas darüber zu erfahren, wie die Lebewesen, also auch der Mensch, entstanden sind und sich entwickelt haben, der greift nach den Werken Ernst Haeckels; wer den Einwirkungen der Natur auf die Sinne des Menschen nachsinnt, dem geben die Arbeiten Hermann Helmholtzens die mannigfaltigste Anregung. Diese beiden Männer sind die Verkörperung unseres gegenwärtigen Naturerkennens. Der eine ist bemüht, das Rätsel des Werdens lebendiger Wesen zu lösen; der andere vertiefte sich in das Gewordene und spürte den Gesetzen seines Wirkens nach. Wenigen Forschern ist es gelungen, ihre Leistungen noch bei ihren Lebzeiten in so hohem Maße anerkannt zu sehen wie Hermann Helmholtz. Von allen Teilen der Welt liefen die Ehrenbezeugungen und Auszeichnungen ein, als er vor drei Jahren seinen siebzigsten Geburtstag feierte. Solch seltener Erfolg erregt Verwunderung, wenn man bedenkt, mit welchen Schwierigkeiten die Bahnbrecher der Wissenschaften oft zu kämpfen haben, besonders wenn sie wie Helmholtz es verschmähen, aus dem Kreise ihres wissenschaftlichen Arbeitens herauszutreten und sich an Zweigen des öffentlichen Lebens zu beteiligen, für die mehr Interesse vorhanden ist als für die strenge Wissenschaft. Die Verwunderung schwindet, sobald man einen Blick auf die geschichtliche Stellung des verstorbenen Forschers innerhalb der wissenschaftlichen Entwickelung des letzten Jahrhunderts wirft. Helmholtzens Jugend fällt in eine Zeit, die reicher als irgendeine an brennenden wissenschaftlichen Fragen war. Er fand eine Unzahl von Aufgaben vor, die in einem Zustande waren, daß die Lösung jeden Tag erwartet werden durfte. Dabei waren die Methoden der Forschung so weit ausgebildet, daß es in vielen Fällen nur eines kleinen Schrittes bedurfte, um auf den bereits eingeschlagenen Wegen zu epochemachenden Entdeckungen zu gelangen. Der große Anreger auf naturwissenschaftlichem Gebiete in Deutschland ist Johannes Müller, der Lehrer Helmholtzens und Haeckels und vieler anderer, mit deren Namen die moderne Naturanschauung verknüpft ist. Allen jenen, die bei der Feier des sechzigsten Geburtstages Ernst Haeckels, am 17. Februar 1894, in Jena anwesend waren, wird es unvergeßlich sein, mit welcher Begeisterung dieser Forscher die Worte sprach, mit denen er den Einfluß schilderte, den Johannes Müller auf ihn ausgeübt hat: «Ich hatte schon vergleichende Anatomie ... gehört und kam, so wohl vorbereitet, in die Vorlesungen von Johannes Müller, einem Manne, dessen außerordentliche Größe und Hoheit mir noch heute lebhaft vor Augen steht. Wenn ich jetzt bisweilen bei der Arbeit ermüde, brauche ich nur das Bild von Johannes Müller, welches in meinem Arbeitszimmer vor mir hängt, anzusehen, um neue Kraft zu gewinnen. ... Er lehrte vergleichende Anatomie und Physiologie. ... Ich hatte vor seiner gewaltigen Persönlichkeit eine solche Verehrung, daß ich es nicht wagte, ihm näherzutreten. ... Mehrere Male ist es mir passiert, daß ich ihn um Rat fragen wollte. Mit Herzklopfen stieg ich die Treppe hinan, faßte an die Klingel, wagte aber nicht zu läuten, sondern kehrte wieder um.» So wird uns der Mann von seinen Schülern geschildert, der die wissenschaftliche Strömung einleitete, innerhalb welcher Helmholtz seine großen Erfolge errang. Johannes Müller säuberte die Wissenschaft von einer ganzen Reihe von Vorurteilen, um freie Bahn zu bekommen für eine zwar nüchterne, aber auf unbefangene Anschauung gegründete Erkenntnis der Vorgänge im tierischen und menschlichen Organismus. Er nahm den Kampf auf gegen die kurzsichtige Anschauungsweise, die für die unorganische und organische Natur zwei grundverschiedene Erklärungsprinzipien annimmt, zwischen denen eine Vermittlung unbedingt ausgeschlossen sein soll. Zur Erklärung der unorganischen Natur nahm diese Ansicht die mechanischen, chemischen und physikalischen Kräfte an, zur Aufhellung der Erscheinungen des organischen Lebens glaubte sie einer besonderen «Lebenskraft» zu bedürfen, von der aber eine klare Vorstellung unmöglich ist. Die Ausdehnung der physikalischen Betrachtungsweise und ihrer Methoden auf die Erforschung der belebten Natur bildet den Grundzug des sogenannten «naturwissenschaftlichen Zeitalters», das mit Johannes Müller seinen Anfang nahm. In vollkommenster Weise tragen das Gepräge dieses Zeitalters die Forschungsergebnisse Helmholtzens. Jede wissenschaftliche Annahme ist unberechtigt, die den Gesetzen der mechanischen Physik widerspricht: das war das Ende seines Denkens. Wer von einer «Lebenskraft» spricht, macht den Organismus zu einem Perpetuum mobile, einem sich selbst bewegenden Beweger. Er läßt die Kraft, die zur organischen Bewegung notwendig ist, aus dem Nichts entspringen. Das ist unmöglich. Jede Kraftform kann nur durch Umwandlung aus einer andern entstehen. Es gibt im Weltall eine unveränderliche Kraftmenge, und alle Arten von Kräften, die organischen ebenso wie die unorganischen, können nur Formen dieser einen Kraft sein. Wo Kraft entsteht, muß sie aus der Umwandlung einer ihr entsprechenden Menge einer andersgearteten Kraft hervorgehen. Dies ist das heute berühmte «Gesetz von der Erhaltung der Kraft», das Helmholtz im Jahre 1847 vor den Mitgliedern der Berliner Akademie der Wissenschaften verteidigte. Daß die Aufstellung dieses Gesetzes im wahrsten Sinne des Wortes eine Forderung der Zeitanschauung war, beweist die Tatsache, daß es in derselben Zeit auch von dem Württemberger Julius Robert Mayer gefunden wurde. Die Anwendung der physikalischen Forschungsmethode auf die Vorgänge des organischen Lebens führte Helmholtz auf den Gedanken, die Geschwindigkeit zu bestimmen, mit der ein auf einen Nerv ausgeübter Reiz im Organismus sich fortpflanzt. Daß ihm dies gelang, war ein Erfolg der physikalischen Denkrichtung. Es war der Beweis geliefert, daß die Vorgänge innerhalb wie außerhalb des Organismus gemessen werden können.
Der gleichen physikalischen Methode bediente sich Helmholtz auch zur Erforschung der Gesetze, nach denen uns unsere Sinne die Wahrnehmung der Außenwelt vermitteln. Auch auf diesem Felde hatte Johannes Müller die Bahn vorgezeichnet. Von ihm stammt die Ansicht, daß die Art der Empfindung, die ein äußerer Eindruck auf uns macht, von den Sinnesnerven abhängt, durch die er vermittelt wird. Wird der Sehnerv erregt, so entsteht Lichtempfindung, gleichgültig, ob Licht oder elektrischer Strom oder ein Druck auf das Auge einwirkt. Durch diesen Satz war die Aufmerksamkeit der Naturforscher auf die Einrichtung der Sinnesorgane gelenkt. Hier fand Helmholtz ein fruchtbares Arbeitsgebiet. Eine folgenreiche Erfindung auf demselben machte ihn mit einem Schlage zum berühmten Mann. Es ist der Augenspiegel, durch den die Bilder auf der Netzhaut im Auge und Teile dieser Netzhaut selbst beobachtet werden können. Auch für diese Erfindung fand Helmholtz alles vorbereitet. Brücke, ebenfalls ein Schüler Johannes Müllers, hatte sich mit der Theorie des Augenleuchtens beschäftigt, das darauf beruht, daß ein Teil des Lichtes, das auf die Netzhaut fällt, wieder nach außen zurückgeworfen wird. Brücke hatte nur versäumt, sich die Frage vorzulegen, welchem optischen Bilde das aus dem Auge zurückkehrende Licht angehört. Auf diese Frage stieß Helmholtz, als er sich überlegte, wie er seinen Schülern die Brückesche Theorie des Augenleuchtens am besten beibringen könnte. Mit ihrer Beantwortung war zugleich das Instrument gegeben, das uns in das Innere des menschlichen Auges einen Blick tun läßt und das dadurch der Augenheilkunde neue Wege wies. Damit hat Helmholtz den Beweis erbracht, daß die neuere Naturwissenschaft auch diejenigen befriedigen muß, die es mit Baco von Verulam, dem Vater der Erfahrungswissenschaft, halten und glauben, daß die Wissenschaft ihre Erkenntnisse aus dem Leben schöpfen soll, um sie auch für das Leben praktisch verwendbar zu machen. Für seine äußere Stellung in der Welt war die Konstruktion des Augenspiegels entscheidend. Er fand nun kein Hindernis mehr, seine großen Pläne in bezug auf die Physiologie der Sinnesorgane auszuführen. In zwei umfangreichen Werken legte er die Funktionen des Auges und des Ohres dar. Längst bekannte Tatsachen rückte er in eine neue Beleuchtung, mangelhafte Methoden verbesserte er. Wo es sich darum handelte, durch neue Apparate Lücken der Forschung, die seine Vorgänger offengelassen hatten, auszufüllen, da ließ ihn sein Scharfsinn nie im Stiche. Auf diese Weise hat er in seiner «physiologischen Optik» und in seiner «Lehre von den Tonempfindungen» Werke geliefert, die grundlegend für die Wissensgebiete geworden sind, denen sie angehören. Die Vorgänge im Auge bei Einwirkung äußerer Gegenstände und nach Aufhebung des äußeren Einflusses unterwarf er einer genauen Untersuchung; für die Empfindung der Farben und Farbennuancen ersann er auf Grund der Ansichten Th. Youngs geistreiche Hypothesen. Manche von seinen Ausführungen sind unserer gegenwärtigen Erfahrung gegenüber nicht mehr haltbar; aber jeder, der dieses Forschungsfeld betritt, sucht zunächst den Anschauungen Hermann Helmholtzens gegenüber eine Stellung zu gewinnen. Ein Beweis dafür ist die vor kurzem erschienene «Theorie des Farbensehens» von Ebbinghaus. Helmholtz widerspricht niemand, ohne vorher ihm die Anerkennung seiner Leistungen ausgesprochen zu haben.
Wie eine Erleuchtung wirkte, was Helmholtz in der «Lehre von den Tonempfindungen» über das Wesen der Klangfarbe vorbrachte. Daß die sogenannten Töne der Violine, des Klaviers und so weiter, ja auch die der menschlichen Stimme gar keine einfachen Töne, sondern aus einem Ton mit seinen zahlreichen Obertönen zusarmmmengesetzte Klangphänomene sind, hatte Helmholtz aus Beobachtungen erschlossen, die zuerst G. S. Ohm gemacht hat. Durch Berücksichtigung der Erfahrungen, welche die Mikroskopiker über den Bau des Ohres gewonnen hatten, gelang es ihm, eine Anschauung darüber zu gewinnen, wie das Gehörorgan die zusammengesetzten Elemente wieder in ihre Elemente zerlegt und auf diese Weise dem Bewußtsein die Wahrnehmung der Klangfarbe vermittelt. Die Erscheinung der Akkorde erklärt Helmholtz aus dem Auftreten sogenannter Schwebungen bei dem gleichzeitigen Erklingen zweier verschieden hoher Töne, die in dem wechselweisen An- und Abschwillen der Tonstärken bestehen. Helmholtz wollte mit diesem Werke eine physiologische Grundlage der Musikästhetik geben. Wie genau er wußte, daß die Ästhetik neben der Naturwissenschaft ein selbständiges Gebiet habe, das er selbst gar nicht betreten wollte, das beweisen seine Worte im Schlußkapitel des Buches, wo er in bezug auf die Fragen, die jenseits der Physiologie liegen, sagt: «Freilich beginnt auch hier erst der interessantere Teil der musikalischen Ästhetik — handelt es sich doch darum, schließlich die Wunder der großen Kunstwerke zu erklären, die Äußerungen und Bewegungen der verschiedenen Seelenstimmungen kennenzulernen. So lockend aber auch das Ziel sein möge, ziehe ich es doch vor, diese Untersuchungen, in denen ich mich zu sehr als Dilettant fühlen würde, anderen zu überlassen und selbst auf dem Boden der Naturforschung, an den ich gewöhnt bin, stehenzubleiben.» Diese Worte sollten diejenigen beherzigen, die da glauben, daß alles Heil von der Naturwissenschaft kommen muß, und bei denen sogleich aller Denkermut erlischt, wenn sie nicht den festen Boden experimenteller Tatsachen unter den Füßen haben.
Der engere Kreis der mathematischen Physiker und Mathematiker erblickt in Hermann Helmholtz einen führenden Geist auch auf seinem Wissensgebiete. Es glückte ihm, Probleme zu lösen, an denen Euler und Lagrange vergeblich ihren Scharfsinn versucht hatten. Er fand in vielen Dingen Antworten, wo andere nur klar erkannt haben, daß eine Frage vorliegt. Wer in solcher Weise wirkt, der befriedigt viele, weil er sie von dem Alpdrucke quälender Rätsel befreit. Von Johannes Müllers gewaltigen Forderungen ist heute manche erfüllt. Helmholtz ist der größte unter denen, die an dieser Erfüllung gearbeitet haben. Er gehörte zu den besten seiner Zeit, weil er ihre Aufgaben verstand wie wenige. Seine Kunstanschauungen wurzelten in dem Boden des Klassizismus. Der klassischen Tonkunst wollte er in seiner «Lehre von den Tonempfindungen» eine naturwissenschaftliche Unterlage schaffen. Das hinderte ihn nicht, Richard Wagners Genie volles Verständnis entgegenzubringen. Wir Jüngeren brauchen uns deshalb doch nicht darüber zu täuschen, daß wir Helmholtzens Anschauungen auf vielen Gebieten nicht mehr teilen können. Eine neue Kunstanschauung, eine neue Philosophie erfüllt uns, und diese werden auch eine neue Naturanschauung im Gefolge haben, die mit manchem brechen wird, was mit Helmholtzens Namen verknüpft ist. Aber aus jeder Zeitanschauung entspringen Leistungen, die unvergänglich sind, und zu ihnen gehören diejenigen, die Helmholtz aus dem Charakter seiner Zeit heraus der Wissenschaft einverleibt hat.