1845-ben főleg fiatal orvosok Emil du Bois (szintén Müller tanítványa) vezetésével megalapították a Berlini Fizikai Társaságot, amelyből a Német Fizikai Társaság alakult. Az akkor huszonhat éves orvos a társulat előadásán ismertette az energiamegmaradás törvényét 1847-ben.

Napjainkban az energiamegmaradás törvényét mindenki elfogadja. A fizikatörténet több tudóst is számontart az energiamegmaradás felfedezőjeként. Leggyakrabban Robert Mayer (1841) nevét említik. Helmholtz az utolsó a sorban, és inkább csak a tudománytörténeti munkákban szerepel. Ha azt tekintjük felfedezőnek, akinek munkája alapján a tudós társadalom elfogadta a törvényt, akkor mégis Helmholtz az energiamegmaradás törvényének felismerője.

Visszaemlékezéseiben Helmholtz így írja le az eredmény megszületését: „A fiziológusok akkor Stahl magyarázatát fogadták el, mely szerint az élő testben ugyan szereinek és anyagainak fizikai és chemiai erői a hatók, de ezen erők hatását egy benne lakó élő lélek vagy életerő meg bírja akasztani és fel birja szabadítani, […] Egyetemi tanulmányaim utolsó évében jöttem végre reá, hogy Stahl elmélete minden élő testnek a perpetuum mobile természetét tulajdonítja. Az ez utóbbira vonatkozó vitatkozásokat meg kikutattam és átvizsgáltam Bernoulli Dániel, D’Alembert és más, múlt századbeli mathematikusok munkáit. Így reáakadtam e kérdésre: »Milyen vonatkozásoknak kell a különböző természeti erők között fennállaniok, hogy a perpetuum mobile általában lehetetlen legyen?« és továbbá »tényleg fennállnak-e e vonatkozások?« Az erő megmaradásáról írt könyvecskémben nem volt más szándékom, mint a fiziológusok érdekében a tényeknek kritikai vizsgálatát és rendezését nyújtani. Teljesen el voltam rá készülve, hogy a szakértők végre is azt fogják mondani: »Mindezt nagyon jól ismerjük. Mit gondolt ez a fiatal orvos, hogy szükségesnek látta ezt nekünk oly részletesen kifejteni?« Csodálkozásomra a fizika tekintélyei, kikkel érintkezhettem, a dolgot egészen másként fogták fel. Hajlandók voltak a törvény helyességét tagadni, s a Hegel természetbölcselete ellen folytatott küzdelem hevességében dolgozatomat ábrándos spekulácziónak nyilvánítani.” (Helmholtz, 1874)

Meglepődve olvassuk e sorokat. Helmholtz attól félt, hogy egy, már közismert eredményt ismertet. Ez a félelme érthetővé válik, ha elolvassuk az írását. Már kidolgozott gondolatokat, fizikai eredményeket foglalt össze, és általánosított csupán. Gondolatmenete röviden így foglalható össze:

Helmholtz munkája alapján az angol tudományos elittel Lord Kelvin ismertette meg az energia fogalmát és az energiamegmaradás törvényét. Megjegyezzük, hogy Kelvin nyomán lett elfogadott az energia elnevezés. 1850-ben Robert Mayer – akihez a fizikatörténet az energiamegmaradás törvényét köti – felkereste Helmholtzot, és bemutatta neki korábbi munkáit. Ettől kezdve Robert Mayer elsőbbségét elismerve ismertette saját tételét, annak ellenére, hogy korábban nem is ismerte Mayer eredményeit, és a két munka a sok közös vonás ellenére lényegesen különbözött is. Míg Mayer Leibniz alapján feltételezte a megmaradó „erő” létezését, addig Helmholtz bemutatta, hogy a mechanikai perpetuum mobile lehetetlensége megköveteli egy objektívan meghatározható megmaradó „erő” létezését. Ez az oka, hogy Mayer munkáját csak Helmholtz eredményei után fogadták el.

 

Első kiemelkedő sikere a szemfenéktükör megalkotása volt. Ezzel a forradalmian új eszközzel közvetlenül, beavatkozás nélkül vizsgálhatták a retinát, ami a központi idegrendszer része (Helmholtz, 1851). Nem ő volt az első, hiszen Charles Babbage – akit a mechanikus számológép feltalálójaként tart számon a tudomány- és technikatörténet – már 1823-ban elkészített egy hasonló berendezést, de ő nem publikálta. A szemorvosok Helmholtz készülékét használhatták először. A felfedezés centenáriumán az Orvosi Hetilap ismertette a felfedezéshez vezető lépéseket, és az írásból bepillantást nyerhetünk Helmholtz munkamódszerébe: „1850 téli szemeszterében hallgatóinak az érzékszervek élettanát adta elő s amikor az optikai részhez érkezve, a szemlencse szerepéről és működéséről magyarázott, kezdett érlelődni benne a szemtükör eszméje. Hozzákezdett a gondolat megvalósításához. »Ha a sikerről elméletileg eleve meggyőződve nem lettem volna, sohasem bírtam volna ki türelemmel. Már nyolc nap múlva azonban abban a szerencsés helyzetben voltam, hogy elsőnek láthattam tisztán magam előtt az eleven emberi ideghártyát.«” (Bíró, 1951)

Helmholtznak két nagy problémát kellett megoldania, amíg a szemtükör megvalósításáig eljutott. Először a szemfeneket meg kellett világítania, majd egy lencsével biztosította, hogy a kép a megfigyelőnél keletkezzen. Fiziológiai optikai kézikönyve (Helmholtz, 1867) a látás megértése és a szemészet alapja lett. Moszkvában 1935-ben Helmholtz nevét vette fel a Szemészeti Intézet.

Az idegimpulzus terjedési sebességéről azt hitték, hogy mérhetetlenül gyors. 1852-ben elkészítette az akkori idők legnagyobb felbontású időmérőjét, és azzal az eredmény 50 m/s lett. Ezt a munkáját sokan a kísérleti pszichológia születésének is tekintik.

1863-ban jelent meg a hangérzetekről mint a zeneelmélet fiziológiai alapjáról szóló műve (Helmholtz, 1863). A mű tartalma a fül anatómiájától kezdve az összhangzattanig terjed. Tartalmazza az anatómiai, fiziológiai, fizikai és esztétikai aspektusokat. Theodore Steinway több szabadalmat is benyújtott Helmholtz munkássága alapján. Most a müncheni Deutsches Museum von Meisterwerken der Naturwissenschaft und Technikben van kiállítva a Steinway cég hálából Helmholtznak ajándékozott zongorája. Maga Helmholtz is jól zongorázott, ami segített összekapcsolni munkásságában a fizikát, a fiziológiát és a zenét. Felesége, Anna baráti viszonyban volt Richard Wagner feleségével, Cosima Wagnerrel (Liszt Ferenc lányával). Így Helmholtz és Wagner között is jó volt a kapcsolat. Wagner verset is írt Helmholtzról:

 

„Grau wäre alle Theorie?

Dagegen saǵ ich, Freund, mit Stolz:

uns wird zum Klang die Harmonie,

fügt sich zum Helm ein edles Holz.”

Intellektuális kíváncsiságára példa, ahogyan az energiamegmaradási törvény alkalmazásaként a Nap korát meghatározta (Helmholtz, 1854). A kor ismeretei alapján feltételezte, hogy „az energia a Nap zsugorodásából származik”. Eredménye 30 millió év lett a Nap korára. Ma a csillagászok Kelvin–Helmholtz-időskálaként hivatkoznak erre.

Kevéssé ismert a szerepe az elektromágnesesség elméletének kifejlesztésében. A Maxwell-egyenletek 1864-ben készen voltak már, ám az elkövetkező húsz évben – Heinrich Hertz sikeres kísérleteiig – kevés figyelmet keltettek. Az elmélet és a kísérlet is nehéz volt, és kevés haszonnal kecsegtetett (Füstöss, 2008). Helmholtz bátorította munkatársait, hogy foglalkozzanak James Clerk Maxwell elméletével, és tanítványának, Hertznek ő javasolta azt a kutatási témát, amely végül az elektromágneses sugárzás felfedezéséhez vezetett.

Történeti érdekesség, hogy az elektron felfedezése is az ő nevéhez köthető. Helmholtz mondta ki először, hogy az elektron részecske. Elektromos atomnak nevezte, és meghatározta az elemi töltést (Helmholtz, 1881).

 

König Gyula (1849–1913), a világhírű matematikus eleinte orvosnak készült, és Heidelbergben Helmholtz tanítványa volt. Visszaemlékezései szerint Helmholtz biztatására kezdett hozzá egy – a kísérletezést és elméleti tájékozottságot egyaránt igénylő – vizsgálathoz: az idegműködés sebességét, vagyis az érzéki behatástól a tudatos cselekvésig szükséges időtartamot kutatta, valamint azt, hogy külső tényezők (például az alkohol) miként befolyásolják ezt. Kutatásainak eredményeit a bécsi akadémia értesítőjében közölte (URL4). Donáth Gyula (1849–1944) ideggyógyász, egyetemi tanár, az MTA tagja 1884-ben Helmholtz laboratóriumában is dolgozott (Kapronczay, 2004).

Több Eötvös-életrajzban is szerepel, hogy Eötvös Loránd Heidelbergben Helmholtz tanítványa lett volna, ez azonban valószínűleg tévedés. Igaz, egyidejűleg voltak jelen, de Helmholtz ott a fiziológia professzora volt. Eötvös Loránd az apjával folytatott levelezésében sem említi Helmholtz nevét (URL5). A kapcsolat mégis említést érdemel: Helmholtz népszerű előadásai Eötvös Loránd fordításában jelentek meg a Természettudományi Közlönyben. A ma is élvezetes írások – amelyekből megismerhetjük a fizika szépségeit – kényelmesen hozzáférhetőek (URL2).

 

A legnagyobb érdemét mégis ritkán említik: ugyanis ő az, aki bevezette az energia mai fogalmát (a nevet Lord Kelvin adta), és elfogadtatta az energiamegmaradás törvényét a tudományos közösséggel, ezzel paradigmaváltást idézve elő a tudományos életben. Érdemes lenne a mára már elfelejtett módszerét visszahozni a tudományos közéletbe és az oktatásba.

A 20. században a relativitáselmélet és kvantummechanika megszületésével a fizika kettévált: klasszikus és modern fizikára. A helmholtzi megközelítés utat mutat a fizika egységének megtalálásához.