優(yōu)良品質(zhì)成就科學奇才

1963年2月18日上午，白宮名人聚集，今天是美國國會授予馮·卡門“國家科學勛章”的日子。年邁的馮·卡門走下臺階時，因患有嚴重的關(guān)節(jié)炎而步履不穩(wěn)，險些摔倒。年輕的總統(tǒng)肯尼迪趕緊走上前，一把將他扶住。老人抬頭報以感激的微笑，繼而輕輕推開總統(tǒng)伸出的手，淡淡地說：“總統(tǒng)先生，下坡而行者無須攙扶，惟獨舉足高攀者才求一臂之力?！?/p>

一枚最高榮譽的勛章，一句含義雙關(guān)的俏皮話，便是他那具有傳奇色彩的人生寫照。勛章標志著他在科技事業(yè)中的偉大功勛，而俏皮話則刻畫了他那豐富多彩的個性品質(zhì)及對科學事業(yè)的殷殷關(guān)切之心。

綜合發(fā)展

1881年5月11日，馮·卡門出生于匈牙利布達佩斯。其父是著名的教育學教授，曾擔任全國教育委員會秘書長，是位多才多藝的學者。幼小的卡門很崇拜和愛戴自己的父親，并希望長大后成為父親那樣的人。

童年時代，馮·卡門便顯示了卓越的數(shù)學天賦，6歲時能在不到1分鐘的時間里，心算出6位與5位數(shù)學的乘法，他還掌握了百分比的運算。但是，馮·卡門這種數(shù)學天賦讓父親擔憂，怕他日后會畸形發(fā)展。于是，父親采取措施，一方面抑制他在數(shù)學方面的智力發(fā)展，一方面督促他學習地理、歷史、詩歌等人文科學?？ㄩT一生崇尚人文主義，這跟父親的引導是分不開的。

1890年，馮·卡門進入明達中學。明達中學是一所追求民主教育的學校，教師不是用“填鴨式”，而是采用形象生動、循循善誘的方式傳授知識。這種教學方式不僅啟發(fā)了卡門在教育方面的改革創(chuàng)新，也誘發(fā)了他探索自然奧秘的好奇心。他不僅細心地觀察周圍世界，還養(yǎng)成了深思的良好習慣。

1898年，馮·卡門以優(yōu)異的成績進入約瑟夫皇家工藝大學就讀。在這里，他一直保持著深思的良好習慣，經(jīng)常沉湎千復雜的科學思索中。正是在這所大學，一次偶然的機會徹底影響了馮·卡門的人生。他發(fā)現(xiàn)有一種引擎在運轉(zhuǎn)到某一速度時便會顫動起來，且發(fā)出很大的噪音。他頗覺奇怪，于是進行深入細致的觀察，最終發(fā)現(xiàn)，閥門的開關(guān)與引擎的轉(zhuǎn)速之間產(chǎn)生了共振。憑著深厚的數(shù)學功底，卡門很快便把這一現(xiàn)象提煉成一個數(shù)學問題，并提出了圓滿的解決方法。從此，卡門發(fā)現(xiàn)自己在理論分析方面的才能，決心成為一個科學家，探尋自然規(guī)律。

大學畢業(yè)后，卡門進入奧匈帝國軍隊，一年后復員，到布達佩斯工業(yè)大學跟彭基當助教。

征服“風神”

1906年，馮·卡門赴哥廷根大學深造。哥廷根大學是18世紀創(chuàng)建的第一所古老的普魯士大學，是當時世界理論科學的中心。這里研究氛圍濃厚，孕育出許多杰出偉大的科學家，比如數(shù)學大師高斯、希爾伯特及量子理論的奠基人普朗克等。哥廷根還是近代流體力學的發(fā)祥地，被譽為“空氣動力學之父”的路德維希·普朗特當時也在這里主持工作。在哥廷根大學，馮·卡門大大地擴展了眼界，他被那些偉大科學家敏捷的思維、豐富的想象力和創(chuàng)造激情所吸引。日后的他之所以能在航天技術(shù)的廣闊領(lǐng)域中作出巨大貢獻，與這段時期打下的深厚基礎(chǔ)是密切相關(guān)的。

1912年，馮·卡門成為阿亨大學氣動力研究所所長。他在那里工作了14年，在氣動力學方面有許多重要突破，還為一些企業(yè)研制飛艇、全金屬運輸機、火箭擔任顧問。

1926年，馮·卡門移居美國，指導古根海姆氣動力實驗室和加州理工大學第一個風洞的設(shè)計和建設(shè)。在任實驗室主任期間，他歸納出鈍體阻力理論，即著名的“卡門渦列”理論。風吹高壓輸電線發(fā)出的“嗡嗡”聲響、潛望鏡產(chǎn)生的激烈振動等，都與“卡門渦列”有關(guān)。這個發(fā)現(xiàn)的意義是巨大的。馮·卡門從理論角度闡明了這一現(xiàn)象，并為在一定條件下運動的物體提供了一幅尾流結(jié)構(gòu)的科學圖形。在了解了尾流結(jié)構(gòu)之后，人們才能對球體、圓柱體之類曲面物體的型面阻力進行精確計算借助這些數(shù)據(jù)，科技人員就能利用流線型來最大限度減少型面阻力。因此，它成了飛機、船舶和汽車、橋梁設(shè)計的理論基礎(chǔ)。

馮·卡門對人類實現(xiàn)超聲速飛行的貢獻是十分巨大的。1932年以后，他發(fā)表了多篇有關(guān)超聲速飛行的論文和研究成果，首次用小擾動線化理論計算一個三元流場中細長體的超聲速阻力，提出超聲速流中的激波阻力概念和減小相對厚度可減少激波阻力的重要觀點。1935年，馮·卡門提出了未來的超聲速阻力的原則。1939年，卡門指導美國進行第一次超聲速風洞試驗，發(fā)明了噴氣助推起飛，使美國成為第一個在飛機上使用火箭助推器的國家。在他的指導下，加州理工大學一批航空工程師，包括他心愛的中國弟子錢學森開始搞噴氣推進和液體燃料火箭，導致后來成立了噴氣推進實驗室。該實驗室是美國政府第一個從事遠程導彈、空間探索的研究單位，有很多重要的研究成果。

1941年，馮·卡門發(fā)表了著名的高速飛行中機翼壓力分布的計算公式——“卡門錢學森公式”。1943年初，美國空軍準將弗蘭克林·凱羅爾，向馮·卡門教授提出一個問題，即能否設(shè)計出一種速度達到1.5馬赫(時速1 600千米)的飛機。馮·卡門請了幾個工程師，從周六到星期日，連續(xù)工作兩天。到了星期一，教授找到凱羅爾準將。把一堆初步的設(shè)計文件和圖紙資料放到準將面前，他說制造時速1 600千米的飛機完全可能。此后，凱羅爾將軍據(jù)此做出一項重大決策，這就是航空史上著名的X-1型飛機的問世。它是世界上第一架水平速度突破音障的飛機，人類進入超聲速飛行時代。

第二次世界大戰(zhàn)中，馮·卡門組織并領(lǐng)導了一個由36位專家組成的科學顧問團，這個智囊團在調(diào)查研究德、日軍事科技的基礎(chǔ)上，向美國當局遞交了題為《朝著新水平前進)的報告。報告在論證科學組織重要性的同時，具體探討了超聲速飛機和火箭的技術(shù)問題，還指出科學是空中霸權(quán)的關(guān)鍵。這份報告促成了美國眾多軍事研究機構(gòu)的建立，如蘭德公司等。到1957年，美空軍力量大大增強，火箭導彈大量生產(chǎn)，超音速飛機可橫越大洋，人造衛(wèi)星也即將上天……馮·卡門因此被稱為美國空軍的“守護神”。

1963年5月7日，白宮授勛之后僅僅兩個多月，這位老人因心臟衰竭而辭別人世。

個性鮮明

科學成就的大小往往與科學家本人的個性品質(zhì)相聯(lián)系，馮·卡門的成功也得益于他那開朗幽默、獨立民主的性情。

作為一名偉人，顯貴、闊佬、軍政領(lǐng)袖都竭力想與他交朋友，馮·卡門也樂意與他們交往，他是屬于上流社會的。然而，馮·卡門并不是個勢利小人，他會毫不遲疑地把一個花匠介紹給達官顯貴們，并且一視同仁。他曾說過，愛因斯坦誠懇而善良的靈魂正是他畢生所追求的。

馮·卡門幽默風趣，爽朗健談，詼諧的語言常逗得人們捧腹大笑。他還有一種特殊能力，表面上從事某種活動，腦海里卻進行著自己的科學思考。他常會在聚會中溜走一兩個小時，去推導一個方程或擬寫一篇論文，然后再若無其事地回來，重拾他的話題。

馮·卡門曾在《自傳》里記錄過一件有趣的軼事。1 926年的一天深夜，他和學生弗蘭克正在緊張地推導數(shù)學方程。忽然，他們想起開往亞琛的電車只有最后一班了，急忙朝伐爾斯車站趕去。在車站里，馮·卡門還在思索他的數(shù)學方程，突然靈感乍現(xiàn)，一種所謂紊流結(jié)構(gòu)數(shù)學公式在他腦海中奇跡般出現(xiàn)。他興奮極了，馬上在停留的電車車廂上寫起來。

售票員站在旁邊，無奈地望著他們。她不時看看表，實在不能再等下去，便大聲催促弗蘭克上車。但是，馮·卡門無法停下來，他發(fā)瘋似地繼續(xù)推導方程，一面打招呼：“請再等一會兒!”售票員實在等不及，十分生氣地喊：“走吧，教授先生!”說完，她就跳上車。緊接著，電車啟動了。弗蘭克這才跳上車，與馮·卡門匆匆告別。不過，弗蘭克每到一站，便迅速跳下車，將寫在車廂上的公式抄下來。就這樣，一站站跳下來，一站站抄錄，一直抄到亞琛。

馮·卡門寫在車廂上的公式，成為他題為“紊流的力學相似原理”的論文。如今，他當年發(fā)現(xiàn)的這一紊流對數(shù)定律，已經(jīng)成為各種飛行器阻力的計算工具，在噴氣式飛機、火箭設(shè)計上得到應(yīng)用。

卡門這種開朗奔放、無拘無束的性格也反映在他的教書育人上。在教學方法上，他主張采用簡單直觀的方式，略去次要細節(jié)，抓住本質(zhì)，采用形象的比擬和直觀的圖解，并要根據(jù)學生的平均水平進行講解。

卡門在推導公式時，常會先陷進自己故意設(shè)置的死胡同，然后再以高度技巧從困境中擺脫出來。學生們時而屏息無聲，時而驚呼叫絕?？ㄩT就是在這種活潑緊張的氣氛中把知識傳授給了學生。此外，卡門還倡導自由討論的民主學風，鼓勵自由創(chuàng)造。人們圍坐在一起，下棋，聊天，更重要的是交流學術(shù)思想，潔白的桌布上往往寫滿了數(shù)學方程式，而許多創(chuàng)造性的思想也就在這種無拘無束的氛圍中孕育而成。卡門倡導的這種學術(shù)討論，不僅開闊了學生的思路，也激發(fā)了學生的創(chuàng)造熱情。

有人曾把他和文藝復興時期的達·芬奇相提并論，認為達·芬奇創(chuàng)造了新奇的機件，而卡門則培育出大批杰出的人才。他的學生遍及五大洲，人稱之為“卡門科班”，其中包括他為中國培養(yǎng)的錢學森、郭永懷等。