Leo Koenigsberger: Hermann von Helmholtz

Helmholtz als Professor der Anatomie und Physiologie in Bonn
von Michaelis 1855 bis Michaelis 1858


Die erste Zeit in Bonn

(Seite 257) Helmholtz gewöhnte sich schnell in die neuen Verhältnisse ein. Zwar schrieb er im October an Donders:
„Ich habe sehr wenige von meinen Instrumenten als mein Eigenthum von Königsberg mitnehmen können und habe hier so gut wie nichts vorgefunden. Nun muss ich von vorn anfangen, einen Instrumentenapparat zusammenzubringen, und zwar mit sehr schmalen Geldmitteln. Unser Ministerium hält noch immer die Fiction fest, dass es in den orientalischen Krieg verwickelt werden könnte, und will deshalb keine neuen Geldbewilligungen machen.“

Doch berichtet er schon im December seinem Vater:

„Uns ist es bisher hier im Ganzen gut gegangen. Während man es in Königsberg schon bis auf 20° gebracht hat, und die Frachtwagen schon lange die Eisdecke der Weichsel passiren, haben wir hier abwechselnd milden Frost und nasse Witterung gehabt, und unsere Oefen noch immer mehr mässigen als anfeuern müssen. Mit Olga's Gesundheit ist es dabei sehr nach Wunsch gegangen, ihr Husten ist ganz gewichen, seit wir in Bonn sind. Was meine amtliche Stellung betrifft, so stellen sich die Verhältnisse für den Winter ganz günstig; ich habe 45 Zuhörer, und das ist allerdings ganz anders als in Königsberg. Der Vortrag der Anatomie macht mir nun allerdings für das erste Mal, namentlich bei einigen Kapiteln, viel Mühe, aber das wird (Seite 258) sich künftig sehr viel günstiger gestalten. Auch finde ich an der Anatomie mehr Interesse, als ich gedacht hatte, weil diese Wissenschaft bisher grossentheils mit auffallender Vernachlässigung der Zwecke, denen die Organe dienen sollen, betrieben ist, so dass überall neue interessante Fragen und Gesichtspunkte auftauchen, sobald man sie mit physiologischem Auge ansieht. Für den Sommer wird mein Erfolg in der Physiologie allerdings durch die Nebenbuhlerschaft des Professor B. zweifelhaft. … Die Facultät richtete an uns die Aufforderung, jeder einzeln die Physiologie zu lesen (statt einer Theilung derselben, wonach jeder ein sechsstündiges Colleg über eine Hälfte derselben lesen sollte), nachdem der Decan vorher bei mir angefragt hatte, ob mir das nicht lieber sein würde. Ich antwortete, dass ich mein B. gegebenes Versprechen nicht von selbst lösen könnte, aber durch eine solche Aufforderung der Facultät gerechtfertigt sein würde, es zu lösen. Auch B. war damit gar nicht unzufrieden.“

Der Briefwechsel mit seinem alten Vater bleibt auch von Bonn aus ein reger; wenn dieser auch über Abnahme seiner Kräfte klagt und sich mit dem Gedanken der Pensionirung trägt, bleibt doch sein Interesse für jeden geistigen Fortschritt, besonders für die Probleme der Philosophie in ihm lebendig, und er ist glücklich, allen seinen Anschauungen und Gedanken in Briefen an seinen Sohn Ausdruck geben zu können:

„Meine Kräfte nehmen in starker Progression ab; und ich bin daher um meine Pensionirung für Michaelis 1856 eingekommen, zugleich mit Prof. Schmidt; der Magistrat aber will von meiner Pensionirung nichts wissen, besonders meine Kriegsjahre als Dienstjahre nicht berücksichtigen, da ihm die doppelte Pensionirung bei der allgemeinen Noth natürlich sehr schwer fällt, und ich erst 36 Jahre beim Gymnasium diene, Schmidt dagegen schon 45, so dass es sich wohl noch etwas länger mit mir hinschleppen wird. (Seite 259) Fünf Jahre aber halte ich es schwerlich noch aus. … Ich habe für Ostern schon ein kleines Quartier in der Französischen Strasse gemiethet, und suche mich der Bücher, die ich nicht mehr brauche, zu entledigen, wofür ich freilich sehr wenig erhalte, da es alte abgenutzte und kaum noch brauchbare Sachen sind. Uebrigens mache ich Dich doch auf ein Werk: das Wachsthum des Geistes von Schulz von Schulzenstein aufmerksam, weil es sein könnte, dass Du wegen des Verrufenseins des Namens vielleicht nicht darauf geachtet hättest. Mir scheint das Werk gegenüber den seichten Resultaten eines Moleschott und Consorten von höchster Wichtigkeit. Trotz aller Billigkeit, alles Verwerfens bisheriger Resultate (namentlich kommt auch du Bois schlecht weg und Du selbst), trotzdem dass man sich durch einen Wust von oberflächlicher und sich bis zum Ekel wiederholender Kritik durcharbeiten muss zu der positiven Anschauung, dass er als ursprünglichstes stets die Idee und das Bewusstsein des Lebens sieht; die Definition des Lebens selbst, die Unterscheidung der todten Natur gegenüber der organischen, die Entwickelung des Begriffs des Lebens als Einheit und enge Wechselwirkung des geistigen und leiblichen, der Vergänglichkeitsprozess, sowie das Verhältniss der lebendigen zur todten Natur, der Unterschied des pflanzlichen, thierischen und menschlichen Lebens, das scheint mir alles so trefflich und klar, dass ich, wenn ich pensionirt werden sollte, es mir als ernste wissenschaftliche Aufgabe setzen würde, eine ganz neue gründliche Psychologie, an der es noch ganz fehlt, darauf zu erbauen, und so mir eine ernste Lebensaufgabe zu erhalten. Ich bin überzeugt, dass hier für die Zukunft der Wissenschaft eine ganz neue Richtung gegeben ist, und bedauere nur, dass der Verfasser so verblendet ist, auf alles bisherige zu schimpfen und sich alle über den Hals zu ziehen, während er sich selbst doch mannigfache Blössen giebt. … “

Aber Helmholtz, der offenbar die Begeisterung für (Seite 260) Schulz von Schulzenstein nicht theilt, will dem alten Vater nicht widersprechen; er ignorirt in seiner Antwort ganz dessen philosophische Excurse und ist nur besorgt, denselben noch einige Zeit seiner Thätigkeit zu erhalten; umgehend antwortet er ihm:

„Dass Dir der Magistrat Schwierigkeiten wegen Deiner Pensionirung macht, ist recht ärgerlich. Du solltest doch einmal nach Berlin fahren, und Dich bei den Mitgliedern des Ministeriums erkundigen, wie die Verhältnisse in dieser Beziehung sind, und ob sie Deine Wünsche nicht unterstützen wollen und können. Möchtest Du aber nicht den Sommer noch abwarten, ehe Du eventualiter auf Abschied mit niedriger Pension anträgst? Du weisst, dass der Winter immer Deine schwere Zeit ist, und dass es im Sommer wieder besser geht. Uebrigens, glaube ich, offen gesagt, auch, dass Dich die Behörden ungern verlieren werden. Denn wenn es Dir vielleicht allmählich auch schwer oder unmöglich wird, mit Deiner alten Lebendigkeit Deinen Unterricht zu geben, und das Verhältniss mit R. Dir unendlichen Aerger bereiten und Dich verdriesslich stimmen muss, so glaube ich immer noch, dass Du auch bei viel geringerer Lebhaftigkeit und geistiger Energie ein besserer Lehrer sein wirst, als mancher andere. Du hast vollständig das Recht erworben, anzunehmen, dass, wenn Du es so gut machst, als Du es eben bei Deinen noch vorhandenen, und immer nicht geringen Kräften gemächlich machen kannst, die Behörden allen Grund haben, zufrieden zu sein, und weder Du selbst, noch irgend ein Anderer hat das Recht, mehr von Dir zu verlangen. Ich fürchte, Du machst es gerade wie Marie. Ihr überarbeitet Euch beide, und zerstört Eure Kräfte, während Ihr sie bei mässigem und ruhigem Gebrauche erhalten, und doch hinreichenden Nutzen für Euch und die Welt daraus ziehen könntet. Sieh Dir Deine Collegen an, und frage Dich, wie viel sie, und wie viel Du trotz Alter, Krankheit und Verstimmung leistest. Ich sollte (Seite 261) meinen, Du würdest noch sehr viel von dem nachlassen können, was Du auch jetzt noch wirklich leistest, ehe die Rechnung zu Deinen Ungunsten ausfällt, aber Du musst diesen Nachlass aus freiem Entschlusse im Bewusstsein Deines Rechtes dazu ausführen, und nicht abwarten, bis Dich fortschreitende Ueberarbeitung dazu zwingt.“

Helmholtz muss sich nun zunächst ganz seinen anatomischen Vorträgen widmen, aus denen unmittelbar die in den Sitzungsberichten der niederrheinischen Gesellschaft zu Bonn am 12. März 1856 niedergelegte kurze Mittheilung hervorging: „Ueber die Bewegungen des Brustkastens“, durch welche er in die schwebende Controverse über die Function der Zwischenrippenmuskeln eingriff. Er gelangte zu dem Resultat, dass die Federkraft der oberen Rippen am stärksten ist, während sie nach unten hin immer schwächer wird, so dass der Thorax als ein Korb von elastischen Stäben betrachtet werden kann, deren jeder eine Gleichgewichtslage hat, aus welcher er bei der Inspiration durch den Muskelzug entfernt wird, und in welche er bei der Exspiration von selbst wieder zurückspringt, indem die Exspiration bei ruhigem Athmen nur durch das Nachlassen der Inspirationsmuskeln bewirkt zu werden scheint.

Die wissenschaftliche und pädagogische Thätigkeit auf diesem ihm zum Theil fremden Gebiete befriedigte ihn ganz, und er schrieb am Schuüsse des ersten Bonner Wintersemesters, am 6. März 1856, seinem Vater:

„Mit meinen amtlichen Verhältnissen hat es sich bisher ganz gut gemacht: morgen werde ich meine Vorlesungen beschliessen. Die Zuhörer haben sich bis jetzt in ziemlicher Zahl erhalten, und die älteren von ihnen, welche die Anatomie zum zweiten Male hörten, gaben mir auch öfter zu erkennen, dass sie bei mir manches gesehen und gelernt hätten, was ihnen früher ganz entgangen wäre. Ich glaube also hoffen zu dürfen, dass ich mit den anatomischen Vorträgen wohl Erfolg haben werde, und zwar noch mehr, wenn (Seite 262) ich das Museum erst werde etwas in Ordnung haben bringen können. Das ist allerdings in einem schrecklichen Zustande von Vernachlässigung. Es ist sehr überfüllt mit Gläsern, für welche der Platz lange nicht ausreicht, und die Gegenstände, welche im Katalog aufgeführt sind, sind zahlreich genug, um einem grossen Museum Ehre zu machen, aber das meiste ist unbrauchbar.

Ich habe diesen Winter auch im medicinischen Staatsexamen hier Anatomie examinirt; es sind aber im Ganzen nur sieben Candidaten gekommen; glücklicherweise brauchten wir keinen durchfallen zu lassen. Sehr wichtig für mich ist, dass im nächsten Winter auch eine Prüfung in der Physiologie mit der Staatsprüfung verbunden werden soll, was unter den jungen Medicinern vorläufig einen grossen Schrecken verbreitet hat.

Die erste Abtheilung meiner physiologischen Optik ist jetzt fertig gedruckt, und wird, denke ich, sehr bald ausgegeben werden. Sie enthält die Lehre von dem Verhalten des objectiven Lichtes im Auge; die Lehre von den Gesichtsempfindungen und Wahrnehmungen soll die zweite Abtheilung bilden.

Die Naturwissenschaften sind mit Ausnahme der geologischen Zweige hier etwas stiefmütterlich vertreten, die bedeutendsten Leute gehören hier der historisch-philologischen Richtung an, und unseren Umgang werden wir uns wohl unter diesen suchen müssen, Welker, Ritschl, Jahn, Dahlmann, der Sanskritaner Lassen, der alte Arndt, welcher noch immer durch eine gewisse poetische Frische des Gemüths glänzt, und mit seiner Stentorstimme und Redseligkeit alle Gesellschaften beherrscht, wo er hinkommt. Auch Claus Groth, der Dichter des Quickborn, der poetischsten Gedichtsammlung, die ich lange gesehen, verweilt hier.“

Während aber Helmholtz glaubt, mit seinen anatomischen Vorlesungen Erfolg zu haben, schreibt ihm du Bois (Seite 263) am 27. April 1856, es sei nach Mittheilung von Lehnert dem Ministerium hinterbracht worden, dass er sich in der anatomischen Vorlesung Blössen gebe …; du Bois habe Lehnert geantwortet, dass, obschon Alles möglich, das Dumme aber wahrscheinlich sei, dies nicht nur nicht wahrscheinlich, sondern sogar unmöglich sei, und Lehnert habe ihn darauf hin, nachdem er die Quelle jener missgünstigen Urtheile angegeben, gebeten, „dies gelegentlich persönlich dem Minister zu versichern, den Gewissensbisse folterten, in Bonn schlecht für den anatomischen Unterricht gesorgt zu haben“. Helmholtz antwortet du Bois am 3. Mai:

„Die Nachrede, welche man mir beim Minister machte, hat mich deshalb geärgert, weil man sie nicht einmal für eine Uebertreibung wirklich vorgekommener Facta gelten lassen kann, sondern sie eine reine Erfindung ist, die auf die Gesinnung dessen, der sie vorgebracht hat, kein schönes Licht wirft … Ich erhielt auch Andeutungen, dass man fände, ich zöge in die Anatomie manches physiologische und chemische hinein, was der ganz gemeinen eigentlichen Anatomie den Platz verengerte, und man machte sich darüber lustig, dass in der physiologischen Optik einmal ein Cosinus vorgekommen war. Uebrigens erhielt ich häufige Beweise von Anerkennung und Interesse für meine Vorlesungen von den älteren Studirenden und schliesslich auch von meinen Collegen …“

Am Schlusse des Briefes sendet Helmholtz du Bois seine herzlichsten Glückwünsche „zu dem jungen Milchphysiologen, der sich bei ihm eingestellt hat und sich wahrscheinlich schon mit den schwierigen Fragen, wie sich Raum- und Zeitvorstellungen bilden, praktisch beschäftigt, und davon jetzt mehr weiss, als alle gelehrten Physiologen der Welt“.

Und an Wittich schreibt er am 23. Juli in Bezug auf seine anatomische Vorlesung: „Ich habe zu meinem eigenen Unterricht mikroskopische Anatomie gelesen und zwar viel (Seite 264) darin gelernt, aber mit ungeheurem Zeitaufwand. Am interessantesten war mir die Anfertigung von Gehirn- und Rückenmarkschnitten nach der Methode von Clarke.“

Aber nicht bloss als Lehrer hatte er sich sehr bald eine erfreuliche Wirksamkeit erobert, er suchte auch die Bonner medicinische Welt, die seinen Arbeiten ziemlich fern stand, mit seinen Nervenuntersuchungen vertraut zu machen, indem er am 14. Mai: „Zuckungscurven von Froschmuskeln“, welche das Myographion gezeichnet hatte, in den Niederrheinischen Sitzungsberichten niederlegte; auch bemühte er sich, während der Fortführung seiner „Physiologischen Optik“ für diese neuen und schwierigen Untersuchungen bei den Bonner Naturforschern Interesse zu erwecken.

„Nachdem er einmal“, sagt du Bois, „in der physiologischen Optik Fuss gefasst hatte, hörte er so bald nicht wieder auf, sich mit hervorragenden Punkten dieser ihn offenbar besonders fesselnden Disciplin zu beschäftigen“, und so legte er am 6. März der Niederrheinischen Gesellschaft eine kurze, aber wichtige und interessante Mittheilung „Ueber die Erklärung des Glanzes“ vor. Helmholtz stützt sich darauf, dass in der täglichen Ausübung des Sehens matte Flächen beiden Augen immer gleich stark beleuchtet und gleich gefärbt erscheinen müssen, bei glänzenden Flächen dagegen der Fall vorkommen kann, wo das eine Auge von dem an der glatten Oberfläche mehr oder weniger regelmässig gespiegelten Lichte getroffen wird, das andere nicht; so kann dabei dem ersteren Auge die Fläche in grösserer Helligkeit und, wenn das gespiegelte Licht eine andere Farbe als die Fläche hat, auch in anderer Farbe erscheinen als dem anderen, wenn auch im Allgemeinen diese Farbendifferenzen, welche in der täglichen Erfahrung beiden Augen glänzende Flächen darbieten, meist sehr gering sind. Wird nun dem Beobachter mittelst des Stereoskops der Anblick einer Fläche dargeboten, die dem einen Auge heller oder etwas anders gefärbt erscheint als dem anderen, so schliesst (Seite 265) er nach Analogie dessen, was die tägliche Erfahrung gelehrt hat, dass diese Fläche glänzend sei, eine Erscheinung, welche schon längere Zeit bekannt, aber nicht treffend erklärt worden war. Bei grösserer Farbendifferenz fehlt jede Analogie mit der Erfahrung, und das Urtheil entscheidet sich deshalb bei verschiedenen Personen verschieden, indem die einen die Mischfarbe, die anderen unregelmässige Farbenflecke zu sehen behaupten. Aeusserst wichtig ist die von Helmholtz gezogene Schlussfolgerung, dass die Empfindung eines jeden einzelnen Auges auch einzeln zum Bewusstsein komme, dass also das Einfachsehen mit beiden Augen nicht eine Folge einer anatomischen Vereinigung der entsprechenden Nervenfasern, sondern die Folge eines Actes des Urtheils sei.

Zunächst ist nun Helmholtz damit beschäftigt, seine physiologisch-optischen Forschungen für sein Handbuch zusammenzustellen, dessen erste Lieferung noch in demselben Jahre erschien, und deren Fertigstellung weit länger gedauert, als er es gewünscht und erwartet hatte. Schon am 4. September 1854 hatte er aus Königsberg an A. Fick geschrieben:

„Ich beeile mich Ihnen zu melden, dass ich in der That seit einiger Zeit beschäftigt bin, die physiologische Optik auszuarbeiten. Die Arbeit ist zunächst für ein grosses physikalisches Sammelwerk bestimmt, welches Prof. Karsten in Kiel dirigirt, und welches etwa die Stelle des älteren Gehler'schen Wörterbuches einnehmen soll, für das ich einige physiologische Abtheilungen übernommen habe, indessen werden die einzelnen Abtheilungen auch einzeln verkauft werden. Ich kann darin nun allerdings nicht alles so populär machen, wie es Mediciner lieben, indessen habe ich mich doch bemüht, das, was für diese ungeniessbar ist, so abzusondern, dass der Rest für sie brauchbar bleibt. Ich bin mit der Arbeit noch nicht weit vorgeschritten, wenigstens nicht dem Umfange nach, weil ich mit den schwersten Theilen, Brechung, Accommodation u. s. w., angefangen habe, und mich verleiten liess, noch neue systematische Messungen (Seite 266) auszuführen, namentlich an lebenden Augen, bei denen sich eigentlich nur so viel herausgestellt hat, dass die Formen der Augen so unregelmässig sind, dass genaue Messungen gar nicht lohnen. Dann habe ich noch viel mit Farben experimentirt. . . . Durch diese Arbeiten ist nun die Ausarbeitung meiner physiologischen Optik sehr verzögert worden, und während ich Anfangs hoffte, am Ende dieses Jahres damit fertig zu werden, wird nun wohl noch der grösste Theil des nächsten Jahres darauf hingehen. Es sind in der physiologischen Optik so sehr viele, viel besprochene Punkte, welche durch ein Paar richtig angestellte Versuche zu erledigen sind, und über die man sich schämt, viel hin und her zu sprechen, ohne diese Versuche anzustellen, dass ich überhaupt auch jetzt noch nicht hoffe, gerade schnell vorwärts zu kommen.

Nun glaube ich allerdings, dass bei aller Mühe, den Medicinern verständlich zu bleiben, mein Werk etwas umfangreich und schwerfällig wird, da ich den ganzen Umfang der Wissenschaft mit allem zugehörigen Apparate beibehalten muss. Ein kleineres Werk, das speciell die Mediciner berücksichtigte, und alles, was diese doch nicht verstehen, nur kurz in den Resultaten zusammenfasste, würde daneben doch immer wohl sein Publicum finden können, und es würde bei der jetzigen Lage der physiologischen Optik auch dadurch für die Wissenschaft ein Nutzen entstehen, dass Sie mit Ihrer scharfen mathematischen Art, die Dinge anzusehen, gezwungen sein würden, eine Reihe der zweifelhaften Punkte scharf in das Auge zu fassen und mit ordentlichen Versuchen zur Entscheidung zu bringen. Für die verschiedenen Aufsätze, welche Sie mir zugeschickt haben, sage ich Ihnen noch nachträglich meinen Dank. In der Accommodationssache ergeben meine neueren Messungen, dass auch die hintere Linsenfläche beim Nahesehen sich stärker krümmt, wenigstens nicht an Krümmung verliert. Das passt weder zu Ihres Bruders noch zu Cramer's Ansicht vom (Seite 267) Mechanismus. Ich selbst kann nicht sagen, dass ich schon eine feste Ansicht darüber hätte. Doch halte ich für wahrscheinlich, dass ausser dem Drucke der Iris und der veränderten Blutvertheilung noch die Spannung der Zonula, welche die Linse radial dehnen, und daher flacher machen kann, beim Nahesehen nachlasse, weil die Ciliarfortsätze durch den Tensor Chorioideae nach ihrer Länge verkürzt werden. Aber es ist dies bisher eine reine Hypothese.“

Erst im Jahre 1856 war der erste Theil des Handbuches vollendet.

Zugleich aber hatte er sich schon in den letzten Jahren, um die Subjectivität der Sinnesempfindungen auch für die anderen Sinne festzustellen und die psychischen Processe beim Verständniss dieser Sinnesempfindungen zu begründen, der physiologischen Akustik zugewandt und auch hier wieder eine völlig neue Basis für die physiologische Forschung auf einem Gebiete geschaffen, auf welchem seine Arbeiten ebenso bewunderungswürdig sind, als in der physiologischen Optik. Schon am 3. Mai schreibt er an du Bois: „Ich werde nächstens eine Arbeit über die Tartini'schen Töne loslassen, aus welcher mir eine kaum gehoffte Vereinfachung der Lehre von. der Combination der Gehörsempfindungen zu Consonanz und Dissonanz hervorzugehen scheint. Sauerwald's Sirene ist sehr gut geworden.“

Und an Wittich schreibt er am 21. Mai:

„Ich habe im Winter die Verbindungen der Gehörknöchelchen neu untersucht und über die Tartini'schen Töne gearbeitet. Ich bin so weit fertig, dass ich ein Resumé der Berliner Akademie geschickt habe, und jetzt an die Ausarbeitung gehen will. Ich hoffe, die ganze Lehre von der Harmonie auf die einfachen Grundfacta zurückzuführen, dass das Ohr Bewegungen, die sich in einer gewissen Geschwindigkeit regelmässig wiederholen, als continuirliche Tonempfindung auffasst, und dass continuirliche Tonempfindung als Consonanz, discontinuirliche als Dissonanz empfunden (Seite 268) werden, . . . Dem Richelot sagen Sie doch, dass ich jetzt den Generalbass auf eine Integration partieller Differentialgleichungen zweiter Ordnung und zweiten Grades gründen wollte — ich hoffte, dieser Gegenstand wird für ihn interessanter sein, als die Objecte meiner früheren Arbeiten.“

Aehnlich schreibt er an W. Thomson am 18. Juni:

„Der Umzug und die Notwendigkeit, Anatomie wieder zu lesen, welche ich seit sechs Jahren nicht mehr vorgetragen hatte, haben mir allerdings viel Zeit gekostet und mich in meinen Arbeiten zurückgehalten. Ausserdem hatte ich übernommen, ein Lehrbuch der physiologischen Optik zu schreiben, wovon jetzt eine Abtheilung erschienen ist. Ich behalte mir vor, Ihnen ein Exemplar davon zuzusenden. Während des Winters habe ich einige akustische Untersuchungen gemacht, namentlich über die Combinationstöne, aus denen hervorgeht, dass diese Töne, deren Ursprung man bisher immer im Ohre selbst gesucht hat, auch ausserhalb des Ohres entstehen können, so oft die Vibrationen der Luft oder eines anderen elastischen Körpers, namentlich auch des Trommelfelles im Ohre stark genug werden, dass die zweite Potenz der Elongationen Einfluss auf die Bewegung erhält, also das Gesetz von der Superposition kleinster Schwingungen aufhört gültig zu bleiben. Sind m und n die Schwingungszahlen zweier gleichzeitig ertönender Töne, so entsteht daneben nicht nur der schon länger bekannte Ton von (m - n) Schwingungen, sondern ich habe auch einen Ton von (m + n) Schwingungen entdeckt.“

Ueber Combinationstöne

Am 22. Mai legte er der Berliner Akademie eine Note über Combinationstöne vor, deren Inhalt er acht Tage später der Niederrheinischen Gesellschaft mittheilte, und deren Ausführung noch in demselben Jahre in Poggendorff's Annalen erschien. Es war bekannt, dass einerseits eine ungestörte Superposition der verschiedenen Wellenzüge in der Luftmasse stattfindet, andererseits dass das Ohr, wenn es gleichzeitig von mehreren solchen Schallwellenzügen getroffen wird, fähig (Seite 269) ist, jeden einzelnen unter ihnen einzeln wahrzunehmen und zu erkennen; aber das Ohr hört in solchem Falle nicht nur die verschiedenen von den tönenden Körpern erregten Töne, sondern es hört ausser diesen, wenn auch schwach, noch andere Töne, die Combinationstöne, welche nicht primär von einem der tönenden Körper, sondern erst secundär durch das Zusammentreffen zweier primären Töne entstehen. Dieselben waren bisher als subjective Erscheinungen, welche auf der besonderen Art der Empfindung der Schallvibrationen durch den Hörnerv beruhten, aufgefasst; die Entscheidung eben dieser Frage, sowie der nach der Möglichkeit noch anderer als der bekannten Combinationstöne unterwarf Helmholtz einer eingehenden, durch die Hülfsmittel der mathematischen Analysis unterstützten Untersuchung.

Er nennt eine solche vibrirende Bewegung eines elastischen Körpers, bei welcher die Entfernung eines jeden schwingenden Theilchens von der Gleichgewichtslage durch die einfache mit einem constanten Factor versehene Sinusfunction eines linearen Ausdruckes der Zeit dargestellt wird, eine einfache Schwingungsbewegung, wenn die Schwingungen sich durch ein elastisches Mittel fortpflanzen, eine einfache Wellenbewegung; jede andere schwingende Bewegung, die sich, wie bereits bekannt war, durch eine additive Zusammensetzung solcher Sinusfunctionen mit Argumenten, welche andere lineare Ausdrücke der Zeit sind, darstellt, bezeichnet er als eine zusammengesetzte Schwingungs- oder Wellenbewegung. Von der Erfahrung ausgehend, dass ein geübtes Ohr überall, wo die mathematisch-mechanische Untersuchung zusammengesetzte Wellenbewegungen nachweist, Töne unterscheidet, welche den darin enthaltenen einfachen Wellenbewegungen entsprechen, legt er sich nun die oben erwähnte Frage zunächst für einfache Wellenbewegungen vor und sucht deshalb nach Mitteln, einfache Wellenbewegungen in der Luft hervorzubringen. Da aber alle tönenden elastischen Körper mehrfache Schwingungsformen annehmen, wobei sie Töne (Seite 270) verschiedener Höhe hervorbringen, wählte Helmholtz einen Tonerreger, welcher seine Schwingungen möglichst wenig an die Luft abgiebt, während ein von dem ersteren in Mitschwingung versetzter anderer, der Resonator, so eingerichtet war, dass er seine Schwingungen leicht und stark der Luft mittheilt. Ist nun der Grundton beider Körper genau gleich, dagegen die sämmtlichen höheren Nebentöne des einen von denen des anderen verschieden, so wird der Resonator nur von dem Grundton erregt werden und nur die Schwingung des Grundtones der Luft mittheilen. Helmholtz wählte eine Stimmgabel und als Resonator die Saite eines Monochordes oder Lufträume, gebildet aus cylindrischen von Pappe verfertigten Röhren, welche an beiden Enden durch einen ebenen Boden geschlossen waren, von denen der eine in der Mitte eine runde Oeffnung besass. Mit Hülfe dieser Zusammenstellung ergab sich, dass einfache Töne, wie Helmholtz Töne einfacher Schwingungen nach Analogie der einfachen Farben des Spectrums nennt, nur solche tiefere Combinationstöne deutlich hören lassen, deren Schwingungszahl gleich der Differenz der Schwingungszahlen der primären Töne ist, und dass, wenn Combinationstöne anderer Ordnung daneben existiren, diese zu schwach sind, um bei mässiger Stärke der primären Töne dem Ohre hörbar zu werden. Wenn daher bei zusammengesetzten Tönen Combinationstöne höherer Ordnung oft sehr deutlich auftreten, so sind diese somit Combinationstöne der höheren Beitöne. Helmholtz findet nun noch eine zweite Klasse von Combinationstönen, deren Schwingungszahl gleich ist der Summe der primären Töne, und nennt diese neuen Töne Summationstöne, während er die früheren als Differenztöne bezeichnet.

Ausgehend von der von Ohm 1843 gemachten Annahme, dass das Ohr in seiner Empfindung die Luftbewegung genau ebenso in einfache Schwingungsbewegungen zerlegt, wie die Fourier'sche Reihe für jede periodische Function sich zusammensetzt aus der Summe von periodischen (Seite 271) Sinusfunctionen, oder dass jede beliebige Wellenform aus einer Anzahl einfacher Wellen von verschiedener Länge zusammengesetzt werden kann, von denen die längste dieser einfachen Wellen dieselbe Länge hat wie die gegebene Wellenform, die anderen die halbe, drittel, viertel u. s. w. dieser Länge, nennt Helmholtz Klang den zusammengesetzten Ton eines musikalischen Instrumentes, während er die Bezeichnung des Tones nur für einfache Töne anwendet. So ist Klang eigentlich ein Accord mit überwiegendem Grundton, seine Stärke gleich der Summe der Stärke der einzelnen in ihn eintretenden Töne, seine Höhe gleich der Höhe seines Grundtones. Das Ohr analysirt alle Tonwellen nach dem Fourier'schen Satze, indem es die Wellenform in eine Summe von einfachen Wellen auflöst; es empfindet den einer jeden einfachen Welle zugehörigen Ton einzeln, mag nun die Welle ursprünglich so aus der Tonquelle hervorgegangen sein oder sich erst unterwegs zusammengesetzt haben, und es hört bei gehöriger Aufmerksamkeit die den einzelnen einfachen Wellen entsprechenden Obertöne heraus.

Diese Ueberlegungen unterstützten wiederum die Anschauungen, welche Helmholtz für unsere Sinnesempfindungen aus der Optik gewonnen. Ein gewisser zusammengesetzter Ton ist das ausreichende sinnliche Zeichen für die Anwesenheit eines gewissen tönenden Körpers; in Betreff der Art seiner Zusammensetzung müssen wir jedoch für die Wahrnehmung der Obertöne unsere Aufmerksamkeit, in ähnlicher Weise künstlich unterstützen, wie für die Wahrnehmung der Doppelbilder und des blinden Fleckes, gleichwie wir uns auch für gewöhnlich nicht klar machen, dass die sinnliche Anschauung eines körperlich ausgedehnten Gegenstandes aus zwei verschiedenen Netzhautbildern beider Augen zusammengesetzt ist. Helmholtz fand ferner, dass die Combinationstöne nur bei starken primären Tönen auftreten, dass ihre Intensität in einem viel stärkeren Verhältnisse wächst als die der primären Töne, und dass letztere bei (Seite 272) grosser Stärke neben dem Combinationstone fast ganz verschwinden können.

Aber nun griff er das Problem in seiner Allgemeinheit auch mathematisch an. Er fand die bisher stets gemachte Annahme, dass verschiedene Tonwellenzüge, welche gleichzeitig in der Luft erregt werden, sich einfach superponiren, ohne gegenseitig Einfluss auf einander zu haben, als den Grundsätzen der Mechanik widersprechend und stellte durch streng mathematische Betrachtungen fest, dass sich freilich verschiedene einfache Schwingungsbewegungen eines elastischen Körpers ungestört superponiren, so lange die Amplituden der Schwingungen so klein sind, dass die durch die Verschiebungen hervorgebrachten Bewegungskräfte diesen Verschiebungen selbst merklich proportional werden; wenn jedoch die Amplituden der Schwingungen so gross werden, dass die Quadrate der Verschiebungen einen merklichen Einfluss auf die Grösse der Bewegungskräfte erhalten, entstehen neue Systeme einfacher Schwingungsbewegungen, deren Schwingungsdauer derjenigen der Combinationstone entspricht; die schwingenden Bewegungen der Luft, welche durch mehrere gleichzeitig wirkende Tonquellen hervorgebracht werden, sind nur dann die genaue Summe der Bewegungen, welche die einzelnen Tonquellen hervorbringen, wenn die Schwingungen von unendlich kleiner Grösse, also die Dichtigkeitsänderungen so klein sind, dass sie, verglichen mit der ganzen Dichtigkeit, nicht in Betracht kommen, und wenn ebenso die Verschiebungen der schwingenden Theilchen verschwindend klein sind gegenüber den Dimensionen der ganzen Massen, während, wenn das Gesetz nicht zutrifft, die Combinationstone entstehen. Aus diesen Ueberlegungen ergab sich, dass der Ursprung der Combinationstone nicht nothwendig in der Empfindungsweise des Hörnerven zu suchen ist; bei zwei gleichzeitig erklingenden Tönen von gehöriger Stärke können den Combinationstönen wirkliche Schwingungen des Trommelfelles und der Gehörknöchelchen entsprechen, welche (Seite 273) von dem Nervenapparate in der gewöhnlichen Weise empfunden werden. Aehnliche Verhältnisse wie bei den Bewegungen des Apparates der Trommelhöhle können sich aber auch, wie Helmholtz schloss, ausserhalb des Ohres wiederholen, so dass auch den Combinationstönen entsprechende Schwingungen ganz unabhängig vom menschlichen Ohre und ausserhalb desselben vorkommen. Er führte auch einen Versuch zum Beweise der objectiven Existenz von Combinationstönen aus. Die Natur der Combinationstöne hat also nichts zu thun mit der wunderbaren Eigenschaft des Ohres, das Durcheinander der Wellen wieder in die einzelnen Töne, die es zusammensetzen, zu zerlegen und die Stimmen der einzelnen Individuen, sowie die Klänge der verschiedenen musikalischen Instrumente zu unterscheiden; worauf aber gerade diese Eigenschaft beruht, die Bewegung der Luft, welche durch das Zusammenwirken verschiedener tönender Körper entsteht, wieder in Theile zu zerlegen, welche den Einzelwirkungen entsprechen, darüber hatte er sich freilich schon damals eine bestimmte Hypothese gebildet, glaubte dieselbe aber erst noch an verschiedenen Erscheinungen prüfen zu müssen.

So bereitete er, während er noch in die Bearbeitung seiner physiologischen Optik vertieft war, sein grosses Werk über die Lehre von den Tonempfindungen vor, und beschäftigte sich zunächst mit der Bearbeitung der hierher gehörigen physiologischen Fragen, deren Interesse noch erhöht wurde „durch das Alter, welches sie ungelöst erreicht hatten“, und durch ihre Bedeutung für Musik und Sprachwissenschaft.

Bevor Helmholtz seine Sommerreise antrat, wurde er durch den Besuch von Donders in Bonn erfreut, und fuhr sodann am 15. August nach Schwalbach,

„um dort“, wie er seinem Vater schrieb, „Professor Thomson aus Glasgow zu finden, denselben, den ich im vorigen Jahre in Kreuznach aufgesucht hatte, und der in England hauptsächlich sich mit der Theorie der Erhaltung (Seite 274) der Kraft beschäftigt. Er ist gegenwärtig jedenfalls einer der ersten mathematischen Physiker und von einer Schnelligkeit des Erfindens, wie ich sie noch bei keinem anderen Gelehrten gesehen habe.“

Nachdem er einen Tag dort im Hause von Thomson zugebracht und sich noch am anderen Morgen einige neue Sirenenversuche hatte auseinandersetzen lassen, die sich Thomson während der Nacht ausgedacht und „die, wenn sie gelingen, äusserst frappante Resultate geben müssen“, traf er mit seinem Reisegefährten für die Schweiz, Dr. Otto Weber, Privatdocenten der Chirurgie in Bonn, „einem jungen talentvollen Manne, der früher auch viele geologische Studien gemacht hat“, in Frankfurt zusammen. Von Heidelberg, wo er „Kirchhoff schon abgereist, Bunsen im Packen begriffen“ fand, begab er sich über Basel — wo er seiner Frau eine begeisterte Schilderung der Holbein'schen Handzeichnungen entwirft, „von wirklich ausgezeichneter Vollendung; so viel Kraft, Charakter und dramatisches Leben findet man selten bei einander, nur die Grazie fehlt“ — nach Chamounix, wo er mehrere grosse Berg- und Gletschertouren unternahm, die er in ihren Schönheiten, aber auch in ihren Gefahren seiner Frau in den lebhaftesten Farben schildert. Ermüdung und Sehnsucht nach Arbeit führen aber „den 35 jährigen Ehekrüppel“ schon am 1. September wieder nach Bonn zurück. Wenige Tage später erhält er auch schon die Exemplare der ersten Lieferung seines Handbuches der physiologischen Optik, in welcher er die Resultate seiner langjährigen Untersuchungen zu einem harmonischen Ganzen zusammenfasst.

Handbuch der physiologischen Optik

Wenn man von der Ausführung der in den bereits besprochenen physiologisch-optischen Abhandlungen veröffentlichten Untersuchungen und von der durch ihre umfassende Vollständigkeit und kritische Ueberarbeitung bewundernswerthen Zusammenstellung aller in dieses Gebiet fallenden Arbeiten absieht, so enthält diese Lieferung noch eine Reihe (Seite 275) neuer und überaus wichtiger Resultate, welche dem ganzen Aufbau der physiologischen Optik eine mathematisch sichere Basis verleihen. Nachdem er eine ausführliche anatomische Beschreibung des Auges vorausgeschickt, theilt er die Lehre von den Gesichtsempfindungen in drei Abschnitte: in die Lehre von den Wegen des Lichtes im Auge, von den Empfindungen des Sehnervenapparates und von dem Verständniss der Gesichtsempfindungen oder von den Gesichtswahrnehmungen. In dem ersten erschienenen Theile behandelt er hauptsächlich das Problem der Brechung der Lichtstrahlen oder die Dioptrik des Auges. Er giebt zunächst eine einfachere und umfassendere Darstellung der Lichtbrechung in centrischen Systemen brechender und spiegelnder Kugelflächen, als sie von Gauss entwickelt worden, und wendet die gefundenen Gesetze auf die Brechung der Lichtstrahlen in den Augenmedien an, wobei er zu dem interessanten Satze gelangt, dass die Entfernung der Hauptpunkte von einander in der Krystalllinse kleiner ist als in einer Linse, welche dieselbe Form und das Brechungsvermögen des Kernes hätte; zugleich aber wird er in Folge von Messungen, die er an lebenden Augen ausgeführt, zu Zweifeln darüber angeregt, ob Form und Brennweite todter Linsen denen des lebenden fern sehenden Auges gleich sind. Er unterwirft die verschiedenen von Listing gegebenen Reductionsmethoden einer genauen Untersuchung und bespricht dann nach Begriffsbestimmung der Accommodation den Mechanismus derselben und die Theorie der Zerstreuungsbilder auf der Netzhaut mit Angabe aller früher von Anderen und ihm selbst mit den verschiedenen Optometern durchgeführten Messungen. Er giebt ausführliche Auseinandersetzungen über den Astigmatismus und die entoptischen Erscheinungen im Auge, berührt die Farbenuntersuchungen jedoch in diesem ersten Theile nur so weit, als sie die Farbenzerstreuung im Auge selbst betreffen. Interessant ist die Berechnung der Helligkeit in einem durch Dispersion erzeugten Zerstreuungskreise (Seite 276) eines einzelnen leuchtenden Punktes, sowie am Rande einer gleichmässig erleuchteten Fläche, woraus die Erklärung hergeleitet wird, warum die Farbenzerstreuung der Bilder im Auge der Schärfe des Sehens so wenig Eintrag thut; eine Zusammenstellung von Linsen, welche im Stande waren, das Auge achromatisch zu machen, hat die Schärfe des Gesichts nicht merklich erhöht. Endlich entwickelt er noch die Brechung im Scheitel eines ungleichaxigen Ellipsoids und untersucht Strahlenbündel, welche schief auf eine kugelige Fläche fallen.

Zur Begründung der mathematischen Theorie des Augenleuchtens und der Augenspiegel entwickelt Helmholtz einige allgemeinere Sätze, als sie sich in der von ihm veröffentlichten Schrift über den Augenspiegel finden, und von denen die folgenden hervorgehoben werden mögen: 1. Wenn zwei Lichtstrahlen in entgegengesetzter Richtung durch beliebig viele einfach brechende Mittel gehen und in einem dieser Medien in eine gerade Linie zusammenfallen, so fallen sie in allen zusammen. 2. Wenn die Pupille des beobachteten Auges leuchtend erscheinen soll, so muss sich auf seiner Netzhaut das Bild der Lichtquelle ganz oder theilweise mit dem Bilde der Pupille des Beobachters decken. 3. Wenn in einem centrischen Systeme von brechenden Kugelflächen n1 das Brechungsverhältniss des ersten, n2 das des letzten brechenden Mittels ist, und es befindet sich in dem ersten senkrecht gegen die Axe des Systems gerichtet und der Axe nahe ein Flächenelement α, in dem letzten ein ebensolches β, so fällt, wenn α die Helligkeit n12⋅H und β die Helligkeit n22⋅H hat, ebenso viel Licht von α auf β als von β auf α, und dieses Gesetz, auf die Verhältnisse des Augenleuchtens angewandt, sagt dann aus, dass die Menge Licht, welche von einem Flächenelemente der Netzhaut des beobachteten Auges in das Auge des Beobachters fällt, gleich ist der Helligkeit, mit der das Netzhautelement von der Lichtquelle erleuchtet wird, multiplicirt mit der Menge (Seite 277) Licht, welche von der Pupille des Beobachters, wenn sie die Helligkeit = 1 hätte, auf das Netzhautelement fallen würde. Durch diese Gesetze gelingt es ihm, ein allgemeines Verfahren anzugeben, um die Helligkeit zu bestimmen, mit welcher dem Beobachter durch einen Augenspiegel eine Stelle der Netzhaut des beobachteten Auges erscheint, und darauf gründet er wiederum die Vergleichung der verschiedenen Formen des Augenspiegels. Ueberall ist die historische Entwickelung bis in die Einzelheiten klar dargelegt, und die Uebersicht der Literatur auf das Gewissenhafteste durchgeführt.

Den ersten Separatabdruck übersandte er seinem Vater, der ihm voll Freude in einem Briefe vom 27. September dankt:

„Für das erste Heft Deiner physiologischen Optik danke ich Dir herzlich, bedauere aber den armen Buchhändler, der so viel Kosten an den Druck gewandt hat, und es nun doch nicht herausgeben kann, da es mitten in einem Absatze abbricht. Uebrigens hat mich die Schärfe und Kunst der Beobachtung und des Experimentes gar sehr erfreut. Aber wenn man sieht, welchen Reichthum und welche Kunst die Natur für einen so einfachen Process, wie das empirische Sehen, aufwendet, und wie im Körper selbst wieder jeder kleinere Theil dieselben Stoffe zu so verschiedenen Formen und Stoffen durchbildet und absondert, wie kann man sich vor solcher unendlicher Menge von Geheimnissen, vor denen man steht, und wo die Lösung des einen immer eine Anzahl neuer entdecken lässt, noch einbilden, es könne je die Wissenschaft und Kunst ein lebendiges Wesen, wohl gar einen Menschen schaffen. Uebrigens will ich Dich auf: Franz Bako [Anm.: Francis Bacon] von Verulam von Kuno Fischer aufmerksam machen, falls es Dir entgangen sein sollte. Es macht das Buch das Verhältniss der wissenschaftlichen Naturbeobachtung zu der übrigen transcendentalen Forschung und überhaupt den Geist und die Entwickelung der neueren Wissenschaft sehr (Seite 278) klar, und ist für mich sehr belehrend gewesen. Der Bako selbst war ein ausserordentlicher Mensch, einer jener grossen Bahnbrecher, die der ganzen Entwickelung der Menschen eine Richtung geben. Auch ist mir jüngst klar geworden, warum Dir Schopenhauer sein Buch geschickt hat. Sein in der Zeitung und überall sonst ihn angreifender Schüler Frauenstädt beschuldigt Dich in seinem Buche „Der Materialismus, seine Wahrheit und sein Irrthum“, Du habest in Deiner Vorlesung zu Kant's Gedächtniss aus Schopenhauer entlehnt, was Du über das Verhältniss des sinnlichen Eindruckes zur Vorstellung gesagt, ohne, wie sich's doch geziemte, Schopenhauer zu nennen; was er aber als solches anführt, ist theils aus Kant, theils aus Fichte's Vorlesungen über das Verhältniss der Logik zur Philosophie, von der ich mich erinnere, dass sie Schopenhauer zugleich mit mir gehört hat. Derselbe beschuldigt Dich, in Deiner anderen Vorlesung eine Auflösung und Vernichtung des Universums gelehrt zu haben, und meint, die Natur habe gewiss Kräfte genug, um, wo sie zerstöre, auch wieder neu zu schaffen. Uebrigens will Schopenhauer weder Materialist noch Idealist sein; so viel ich aber verstehe, bleibt er Pantheist, so sehr er auch den Spinozismus von sich weist. Dass er übrigens dem Materialismus seine Berechtigung und deren Grenze nachweist, und nicht polemisch gegen ihn und ableugnend auftritt, ist ganz gut, geschieht aber durch das Buch von Fischer über Bako viel gründlicher. — Deine akustische Vorlesung werde ich Meier zur Beurtheilung geben, mir ist sie zu unverständlich. … Die nächstes Jahr in Bonn stattfindende Versammlung der Naturforscher, bei der es wenigstens in Wien sehr flott hergegangen zu sein scheint, wird Dir Zeit und Geld genug kosten; indessen ein tüchtiger Ruf als Gelehrter wird Dir das schon wieder einbringen, sorge nur für einen recht glänzenden Vortrag, womöglich für eine überraschende neue Entdeckung. Wenn Du so einen Ohrenschaller wie Augenspiegel erfinden könntest, (Seite 279) das wäre freilich das beste. Wenn, das Erfinden nur so ginge, wie man wollte.“

Zugleich theilt er ihm mit:

„Mein Schulamt bin ich vom October glücklich los. Ob ich irgend eine wissenschaftliche Beschäftigung werde ergreifen können, wird von Augen und Kopf, die sehr angegriffen sind, abhängen. Es fragt sich, wie mir die Ruhe, und das Aufhören der steten inneren Reizung und Erbitterung bekommen wird.“

Muskelwirkung

Am Ende desselben Jahres hielt Helmholtz in der ärztlichen Section der Niederrheinischen Gesellschaft einen Vortrag über „die Wirkungen der Muskeln des Armes“, eine Frucht seiner anatomischen Vorlesungen, worin er nachwies, dass die Bewegungen des Schultergürtels in Hebung oder Senkung des Schlüsselbeins und Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung desselben bestehen, und dass zu jeder dieser Stellungen des Schlüsselsbeins eine Drehung des Schulterblattes eintreten kann, welche nicht bloss als eine accessorische Bewegung für die Hebung der Schulter, sondern als eine selbständige Bewegung zu betrachten ist. Daran knüpfen sich weitere Versuche und Ueberlegungen, welche eine Einsicht in die Muskelwirkungen zur Bewegung des Oberarmes gewähren und unter Anderem auf die bisher nicht beachtete Rotation der ersten Phalangen um ihre eigene Axe aufmerksam machen. Die beiden letztgenannten anatomischen Arbeiten, welche nahezu 14 Jahre nach seiner anatomischen Dissertation erschienen, stehen in keinem engeren inneren Zusammenhange mit seinen anderen Forschungen auf den verschiedensten Gebieten der Physik und Physiologie.

  Fortsetzung des Kapitels


S. 257 - 279 aus:
Koenigsberger, Leo: Hermann von Helmholtz. - Braunschweig : Vieweg
Band 1. - 1902


Letzte Änderung: 24.05.2014     Gabriele Dörflinger   Kontakt

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