一八四七年七月二十三日,柏林物理学会的例会上,一个二十六岁的年轻人站起来宣读论文。他个头高大,曾是受过军籍约束的军医,讲起话来却条理分明。他说,自然界里的机械力、热、光、电、磁和化学反应,看似各不相干,其实只是同一种东西的不同面目;这种东西在转换中总量不变,不会凭空生出,也不会凭空消失。这就是后来所说的能量守恒定律。宣读完毕,会场反应冷淡,可历史已经在这间小会议室里转了一个弯。这个年轻人叫赫尔曼·冯·亥姆霍兹。
他一八二一年生于波茨坦一个中学教师家庭,家境普通,靠军医公费名额进入柏林的医学院,毕业后被派到波茨坦驻军当军医。军营里的实验室是他自己搭起来的,他从青蛙肌肉的运动与发热入手,发现肌肉做功越多,发出的热量也越多,两者之间存在严格的数量对应。沿着这条线索,他把当时散作几摊的机械、热、电、化学现象统统记进同一本账,用数学推演证明收支永远相抵。论文曾被学术刊物婉拒,他只好自费印成小册子,不出二三十年,这本小册子成了物理学的基石之一。
一八五〇年,他又用精巧装置测出青蛙运动神经上传导冲动的速度,结果约为每秒二十多米。在这之前,人们以为神经信号快得无法衡量,他第一次证明精神活动有可测的物理速度,实验心理学由此发端。同年他发明检眼镜,让医生第一次透过瞳孔看清活人的眼底,这件仪器很快成为眼科标配,沿用至今。
关于这一定律的发明权,当时并非没有争论:迈尔从医学观察出发,焦耳在酿酒坊里测定热功当量,各人路径不同。亥姆霍兹从不以第一人自居,反而在再版时逐一补注同行的贡献,把自己的工作定位为把散落的发现纳入统一的数学框架。一八五六年起,他陆续写成三卷本《生理光学手册》,把人眼的构造、成像与错觉讲成一门精密科学;他对几何学公理经验性质的讨论,后来被年轻的爱因斯坦仔细读过。
一八六三年他出版《音调的感觉》,提出听觉共鸣理论,解释耳蜗怎样像一排排细小琴弦那样分辨不同频率,这部书同时是物理学、生理学与音乐理论的经典。他还研究过颜色视觉的三色原理,晚年转向电磁学,门下学生里有证实电磁波存在的赫兹、测出光速的迈克耳孙,以及后来量子论的奠基者普朗克。一八八三年他受封贵族,姓氏前才加上那个贵族前缀;一八九四年病逝于柏林,终年七十三岁。从肌肉的热气到眼睛的构造,从星辰运行到耳畔乐声,他一生都在证明同一件事:纷纭万象背后,有一个可以被理性算清的统一秩序。
❝支配星辰运行的力,与在我们血肉中运动的力,本是同一种力。❞