Герман Людвиг Фердинанд Гельмгольц — редчайший пример ученого, сделавшего крупнейшие открытия в разных областях науки. Он является одним из «авторов» закона сохранения энергии, а, кроме того, ему принадлежат замечательные открытия в различных областях физики и физиологии.
Гельмгольц родился 31 августа 1821 года в немецком городе Потсдаме в семье преподавателя гимназии. С детства он был очень близок с отцом, который привил мальчику интерес к философии, любовь к музыке и живописи.
Однако, несмотря на интерес к физике, в связи с недостатком средств юноша не смог поступить в университет после окончания гимназии. Он подписал обязательство прослужить в течение восьми лет военным хирургом и поступил в Берлинскую военно-медицинскую академию. Но одновременно с учебой в академии Гельмгольц посещал лекции по физике в Берлинском университете, а также самостоятельно изучал труды ученых-физиков.
После защиты докторской диссертации по физиологии Гельмгольца его назначили эскадронным хирургом в гусарский полк, расквартированный в Потсдаме. Но исполнение обязанностей военного врача не слишком увлекало Гельмгольца, он интересуется в это время различными физиологическими явлениями и строит планы по преобразованию физиологии как науки при помощи использования в ней методов физики и химии.
В 1845–1846 годах сформировались идеи ученого, которые легли в основу его знаменитой работы «О сохранении силы», доложенной на заседании Физического общества в 1847 году. В этой работе он сформулировал и математически обосновал закон сохранения энергии, отметив его всеобщий характер: этому закону подчиняются механические, тепловые, электрические, физиологические и другие процессы.
Гельмгольц занимается исследованиями электрических явлений: в том же 1847 году он указал на колебательный характер разряда лейденской банки, а затем в 1869 году показал, что подобные колебания возникают в индукционной катушке, соединенной с обкладками конденсатора, то есть создал колебательный контур, состоящий из индуктивности и емкости.
Интерес к физиологии также приносит свои плоды: в 1848 году Гельмгольц занимает должность экстраординарного профессора физиологии и общей патологии Кенигсбергского университета. Там, продолжая свои занятия физиологией, он проводит важное исследование скорости передачи нервного импульса, а также занимается физиологической оптикой и акустикой. Гельмгольц сделал большой вклад в эти области: открыл комбинационные тоны, предложил резонансную теорию слуха, построил модель уха, развил теорию аккомодации глаза и теорию светового зрения. В 1851 году Гельмгольц изобрел прибор для исследования глазного дна, который врачи используют и сегодня.
В 1855 году Гельмгольц переходит в Боннский университет, а в 1858 году становится профессором физиологии Гейдельбергского университета, где работает до 1870 года. В этот период выходит в свет первый том «Физиологической оптики», Гельмгольц выполняет важное исследование колебаний струн и акустических резонаторов (резонаторов Гельмгольца), занимается гидродинамикой вихрей, разрабатывает принцип механического подобия, который позволил объяснить ряд метеорологических явлений и механизм образования морских волн.
В 1870 году в научных интересах Гельмгольца физика снова «побеждает» физиологию: Гельмгольца пригласили в Берлинский университет, где он возглавил кафедру физики и лабораторию, ставшие центром немецкой физики. В этом году он развил теорию электродинамических процессов в проводящих неправильных телах, а в 1874 году в рамках «упругой» теории света разработал теорию аномальной дисперсии.
В 1887 году ученый стал президентом нового Физико-технического института. Под руководством Гельмгольца институт вырос в крупный научный центр, куда приезжали работать и учиться молодые физики из многих стран, в том числе из России.
В 70–80 годы Гельмгольц много занимается проблемами электродинамики. Он сам проводит как экспериментальные, так и теоретические исследования, пытаясь найти критерий в пользу выбора одной из многих существовавших в то время электродинамических теорий. Хотя Гельмгольц не разделял теорию электромагнетизма Максвелла, он всячески поддерживал исследования своего ученика Генриха Герца, приведшие к экспериментальному обнаружению электромагнитных волн и экспериментальному подтверждению уравнений Максвелла. 5 апреля 1881 года в докладе на торжественном заседании Лондонского химического общества, посвященном памяти Майкла Фарадея, Гельмгольц впервые, на основании законов электролиза Фарадея, выдвинул идею атомарного строения электричества.
Широта научных интересов Гельмгольца была поразительной: в 1873 году ученый выступил с теоретическими положениями управляемого воздухоплавания.
.