超常思維為想象力提供平臺

少年立志獻身科學

1821年8月3日，赫爾姆霍茨出生于德國波茨坦的一個具有濃厚文化氣息的知識分子家庭中，父親是當地的一名中學教師，對繪畫、音樂、數學、語言學、神學和哲學等學科都具有濃厚的興趣和研究。母親聰明賢惠，是美國獨立戰爭時期赫赫有名的啟蒙思想家、民主主義者W·彭尼的后代。赫爾姆霍茨之所以能夠在日后成長為德國科學界的領袖式人物，與母親的影響是分不開的。

7歲以前，赫爾姆霍茨的健康狀況非常的糟糕，為了免于意外的發生，父母不得不讓赫爾姆霍茨呆在家里。寂寞的赫爾姆霍茨只好以看圖畫本、玩玩具、搭積木等活動來打發時間。這與其他同齡兒童的生活相比枯燥多了，然而，這卻是他成長道路上的一個重要的啟蒙時期。大量的看書和想象的時間使他比別的孩子較早步人了智力發育的更高階段。在玩積木的過程中，他對有形物體空間幾何關系的直覺把握能力開始慢慢地形成，正如他后來所說的“毋需很多思考，我就能想像出，當把不同形狀的物體放在一起時，將要產生一個什么樣的圖案”。這種超常思維的發展無形中為他的想象力提供了一個可向更加深遠、更加廣闊的空間擴展的平臺。

1828年，8歲的赫爾姆霍茨進入了當地一所小學。雖然善于領會圖形和空間，但那些需要死記硬背的東西卻總讓他感到頭痛。他在后來的回憶時說：“對于沒有相互聯系的事，我的記憶力極差，最初表現為難于區分左和右。后來，當我開始在學校學習語言，學習詞匯、不規則語法和特殊的表達形式時，我比其他同學更為困難。”因此，頭幾個星期的學習狀況簡直可以用“糟糕透了”來形容。但他并沒有失去學習的興趣，不甘服輸的他開始琢磨一種新的學習方法，這就是了解、把握甚至不惜自己假想，去建構各個學習內容、事物之間的聯系性。這種學習方法雖然起步較慢，要花不少心思，但還真讓他成功了。靠著這份愛琢磨勁兒，赫爾姆霍茨的學習成績開始提高。他中學一年級的一份成績報告冊表明，他的希臘語、拉丁語、希伯來語、宗教、數學和物理的成績已經樣樣優秀，歷史和地理成績更是優異。

少年時代赫爾姆霍茨的理想是成為一個物理學家，他認真學習物理書籍，并嘗試著用手邊能找得到的有限工具來重復、模仿書上的各種物理實驗，撰寫研究心得文章。據記載，他曾經用眼鏡玻璃和透鏡做了一臺光學儀器，為一家科研機構解決了不少問題。而他在中學寫的一篇題為《論自由落體定律》的論文，已經表明了他對物理學中一些重大深遠問題的深思熟慮。

1838年10月，赫爾姆霍茨以優異的成績完成了中學學業，根據父母意愿，他選擇了學醫，進了柏林皇家醫學院弗里德里希·威耳赫爾姆研究所，開始了5年學醫生涯。

“能量守恒”創立者之一

19世紀是物理學高歌猛進的時代，熱電效應、電熱效應、電磁效應和電能與化學能之間的可轉換性等等一系列重大科學發現，尤其是動量、能量守恒理論被世人的認同和接受，使得這種努力結出碩果成為可能。在導師彌勒的帶領下，赫爾姆霍茨的工作一開始就定位于探索生物有機體與動量、能量守恒理論的關系，并致力于把研究生物有機體的生理學的發展建立在牢固的物理學理論基礎之上。

赫爾姆霍茨有很強的數學和物理學知識基礎，這使得他可以從不同的角度來反復思考同一類問題。同時，通過靈活地運用實驗掌握詳實的數據后，赫爾姆霍茨大膽地對當時“生命力”問題研究當中盛行的“活力論”提出了質疑。“活力論”認為，生物有機體所具有的機械能和熱量完全來自于本身內部的新陳代謝，所以有機體無需來自外界的能量，僅依靠自身的能量就能永無休止地工作下去。然而赫爾姆霍茨卻指出，這種理論存在一個致命的缺陷，即認為“活力”可以不由他物而突然產生并且一旦有消耗也不能轉化為他物，這本身就是一個物理學的悖論，與已知的力學原理不相符合。在他看來，在無機界，機械力、電力、化學力都是與同一種力或能量相等的，并且它們可以發生相互轉化。而在有機界，這種情況也同樣適用，它們在現實地發生、進行著。

赫爾姆霍茨在1843年寫的《論發酵和腐爛的本質》和為《醫學百科全書》所寫的《生理熱》，以及1845年《關于對動能的理論所做的工作報告》等論文中，詳細地闡述了這一觀點，1847年2月的《論力的守恒》一文中更是完成了對能量守恒理論的普適性的第一次完美論證。這篇論文由于從各個學科、不同側面確立了能量守恒理論的普遍性，從而成為物理學發展史上的經典杰作。也正是因為赫爾姆霍茨這種開創性的綜合研究，能量守恒和能量轉換原理才從不完善構想成為較成熟的理論，從原來對自然界的不連貫表述成為對自然內在統一性的真正揭示。正是有鑒于此，雖然與他同時代的德國科學家邁爾和英國科學家焦耳也先后獨立地發現了能量守恒和能量轉換律，但許多科學史學家仍然把赫爾姆霍茨當作這一定律的發現者當中最為杰出的一位。

發明“檢眼鏡”

“檢眼鏡”是一種醫生用來檢查病人眼睛視網膜的器械，它的結構和原理比較簡單。利用凹面鏡的反射和聚焦，照到病人的眼睛上，檢查者就可以通過小孔檢查病人的眼底。這種器械是赫爾姆霍茨發明的。

1849年5月，赫爾姆霍茨在柏林科學院院長洪堡的舉薦下，從柏林藝術研究院進人哥尼斯堡大學，任生理學課教授，講解人體各器官的運作機制。一天，在準備“眼睛”一課的知識時，赫爾姆霍茨從堆滿眼科書籍的書桌上站起身，到屋外的林陰小道散步。此時已是夜里十點多鐘，明月高懸，淡淡的月光灑向林間，給樹木鑲上一抹迷人的暈邊。赫爾姆霍茨像往常一樣，一邊散步一邊欣賞寂靜而美麗的景色。突然．一只花貓跳到了離他幾米遠的路中，用那雙綠幽幽的大眼睛好奇地向他看了看，又一躥而去。只這么一看，讓赫爾姆霍茨略感吃驚。當他繼續向前走時，腦子里總在閃現出花貓的那雙綠眼睛。貓的眼睛怎么會發光呢？是什么使貓的眼睛顯得這般清澈呢？他想，按照能量守恒和能量轉化定律，只有燃燒著的物質才會發光，而貓眼中不可能有物質在燃燒，那么剛才看到的綠光也就是外界、月亮的反射光了。既然貓的眼睛在反射光線時，可以更清楚地看到其眼睛的內部，那么，人的眼睛呢？可不可以也用光學理論來幫助解釋人眼的運作機制呢？靈感既現，赫爾姆霍茨久思不得解的問題一下子變得簡單明了。他幾乎是小跑著回到自己的書房，將想法記錄整理成文。這就是前面所說的檢眼鏡的基本原理。在此基礎上，赫爾姆霍茨設計制作出人類醫學史上第一臺“檢眼鏡”。

赫爾姆霍茨在回憶這一發明時，謙虛地說，在這一發明中，運氣比實干更重要。然而，運氣是偏愛有準備的頭腦的。其實，與他同時的一個叫布興克的人也發現了眼睛的光反射現象，但他并沒有進一步追究眼睛中所形成的光學現象，從而與“幸運”女神失之交臂。

徜徉在多學科科學殿堂

近代以來，自然科學日益被細分成許多個小而專的研究領域，每個領域都非常深奧，因此，許多研究者一生往往就只能研究其中的一小部分。像古希臘亞里士多德那樣的“百科全書式的博學思想家”已經很難看到了。然而，赫爾姆霍茨卻以他過人的勇氣和超常的智慧，躋身于這一科學巨星的行列，在他60多年的科學研究道路上，他先后徜徉于數學、物理學、生理學、光學、化學、音樂、美學和哲學的科學殿堂，從能量守恒定律到最小作用量原理，從以他的名字命名的赫爾姆霍茨三色視說到對科學方法論的哲學思考，其研究領域之廣，問題探討之深，可以說在科學史上是罕見的！

赫爾姆霍茨杰出的才能和卓越的貢獻，對19世紀德國科學事業的發展和世界文明的進步產生了重要影響。德國人民將他稱為“德國科學的帝國首相”；英國著名科學家麥克斯韋稱他為“智慧的巨人”；俄國著名物理學家列別捷夫則把他譽為“科學的國際導師”。

1894年9月8日，赫爾姆霍茨突發腦溢血，在柏林溘然長逝，享年73歲。