Слуха, объясняющую характер воздействия звуковых волн на орган слуха, а также разработал физическую и физиологическую теорию восприятия музыкальных звуков.

Несколько последующих лет были посвящены работам по изучению физики, физиологии и психологии зрения, включавшим не только экспериментальные исследования и теоретические обобщения, но и создание ряда медицинских приборов (таких как, офтальмоскоп), без которых не обходится ни один офтальмологический кабинет в современном лечебном учреждении. Итогом этих работ стала изданная в 1867 г. знаменитая книга «Физиологическая оптика», в которой Гельмгольц предложил трехкомпонентную теорию зрения, не потерявшую своего значения до настоящего времени.

В целом, предложив ясное, естественнонаучное понимание работы органов чувств человека, эти работы, вместе с работами его коллег, заложили прочное психофизиологическое основание для будущей экспериментальной психологии.

Вместе с тем, несмотря на почет и признание, неизменно сопровождавшие имя Гельмгольца, как при жизни, так и после кончины, его творчество сопровождала одна черта, которая может быть названа трагической. Гельмгольц был последним универсально мыслящим ученым. Для него физические и психофизиологические закономерности были связаны теснейшим образом. Так, одно из его первых открытий состояло в обнаружении явления колебательного разряда лейденской банки, что сыграло существенную роль в развитии теории электромагнетизма. Именно по предложению Гельмгольца другой знаменитый физик Герц (чье имя носит единица частоты колебаний) произвёл классические опыты с электромагнитными волнами. Сам же Гельмгольц использовал представления о колебательных процессах как основу для построения теории слуха и цветового зрения. Однако уже при жизни Гельмгольца стремительно нарастающий объем фактов как в психологии и физиологии, так и в физике неизбежно приводил к обособлению этих научных дисциплин. В результате важнейшая часть деятельности Гельмгольца-физика осталась почти не замеченной новыми поколениями психологов. Между тем, его физические работы оказали существенное влияние на весь комплекс наук о живой материи. Но для того, чтобы оценить эту сторону работ Гельмгольца необходимо, хотя бы самым общим образом, представить зарождение и развитие фундаментального для всей современной науки, включая и психологию, понимания системной организации природы в точных науках.

Зарождение системного подхода

В естествознании

Прогресс естественнонаучной мысли в первой половине 19 века приводит к тому, что изучением принципов системной организации начинает заниматься не только философия, но и ряд точных наук. Особая роль при этом принадлежит термодинамике, в русле которой анализ системных явлений приобретает современный категориальный аппарат и устанавливаются важнейшие законы существования систем. Говоря о роли термодинамики в развитии системных исследований, один из наиболее известных теоретиков науки второй половины нашего века И. Пригожин подчеркивает, что с позиций классической науки четко разграничивалось то, что считалось простым, и то, что приходилось рассматривать, как сложное. Никаких сомнений, например, не вызывала “простота” ньютоновских законов движения, идеального газа, химических реакций. Точно так же казалась очевидной “сложность” биологических процессов и тем более человеческой деятельности в том виде, в каком она отображается в экономическом знании или городском планировании. “Можно утверждать, - продолжает он, - что в области физики и химии первой дисциплиной, столкнувшейся с проблемой сложности, была термодинамика”. Ее основной закон - так называемое второе начало, - гласящий, что в изолированных системах энтропия возрастает, стал одновременно и основным принципом философского понимания развития мира. Значение термодинамики для развития фундаментальной науки о системах оказывается столь велико, что необходимо хотя бы кратко остановиться на истории ее развития.

Становление термодинамики как самостоятельной науки связывают с деятельностью французского военного инженера Сади Карно (1796-1832). Его единственное опубликованное сочинение «Размышление о движущей силе огня» вышло в 1824 г. В этом небольшом произведении (всего 43 страницы) Карно сформулировал основные принципы новой науки, термодинамики, окончательно сформировавшейся три десятилетия спустя. И более того: Карно первым высказал идеи, легшие в основу так называемого «второго начала термодинамики» - одного из наиболее фундаментальных общесистемных положений, указывающих направление процессов развития видимой нами части Вселенной. «Движущая сила – говорит Карно – существует в природе в неизменном количестве, она никогда не создается и не уничтожается, но меняет форму и вызывает то один род движения, то другой…».

Идеи Карно были развиты Гельмгольцем в 1847 г., в его работе «О сохранении силы». В ней Гельмгольц впервые дал математическое обоснование закона сохранения энергии и, проанализировав большинство известных в то время физических явлений, показал всеобщность этого закона. В частности он указал, что происходящие в живых организмах процессы также подчиняются закону сохранения энергии. Утверждение Гельмгольца вступало в явное противоречие с бытовавшей в то время концепцией существования особой «живой силы», якобы управляющей организмами.

Гельмгольц также впервые доказал применимость принципа наименьшего действия, согласно которому для данного класса сравниваемых друг с другом движений системы действительным является то, для которого физическая величина, называемая действием, имеет минимум, к тепловым, электромагнитным и оптическим явлениям. В конечном счете, он распространил его и на процессы, происходящие в живых организмах.

Но в полной мере идеи Карно были восприняты только в начале второй половины 19 века, когда, благодаря работам немецкого физика Рудольфа Клаузиуса (1822-1888), произошло окончательное формирование науки термодинамики.

Одна из величайших заслуг Клаузиуса состоит в том, что он впервые ввел понятие S - функции, или энтропии, как количественной меры неупорядоченности состояния системы. (Согласно введенной им зависимости, изменение энтропии dS соответствует отношению поглощаемого системой тепла dQ и абсолютной температуры этой системы Т).

Вместе с тем, в своей классической работе «Механическая теория тепла» Клаузиус дает научное обоснование и математическое выражение одного из важнейших законов развития Вселенной, получившего название второго начала термодинамики: "В необратимых процессах энтропия может только возрастать”.

Из этого закона следует уже философский вывод: энтропия Вселенной стремится к максимуму. В последующем, постижению философского и общесистемного смысла этого закона будет посвящена обширнейшая литература, принадлежащая самым различным отраслям знания.

В докладе, прочитанном в 1875 году в Лондоне, давая оценку труду Клаузиуса, другой великий физик Дж. Максвелл сказал: “Основная заслуга Клаузиуса состоит в создании новой области науки, в таком физическом обобщении, которое позволило применить математические приемы к изучению систем, состоящих из бесчисленного множества движущихся элементов”.

Следующий шаг на пути формального анализа состояний систем сделал в 1876г. профессор Венского Университета Людвиг Больцман (1844-1906). Он установил логарифмическую зависимость между энтропией S и вероятностью состояния системы и показал, что энтропия есть мера упорядоченности или неупорядоченности положения элементов в системе. Если для некоторой системы существует W элементарных состояний, то величина энтропии S будет равна:

где k - постоянная Больцмана.