航空航天领域的“带头大哥”是怎样炼成的(一)

—— 航空航天科学家系列之冯•卡门
作者:朱磊来源:蝌蚪五线谱发布时间:2017-02-27

冯·卡门的一生充满传奇色彩,关于他的趣事,我们一起去探究吧。

  1963年初,美国加州的一处农场里,一位蓝色眼睛花白卷发的老人正在与老友叙旧,忽然一阵急切的电话铃声打破了乡间的宁静。

  老人此时已82岁高龄,患有严重的关节炎,当他步履蹒跚地走到电话机旁时,已是满头大汗。不过,电话那头一位官员的声音却令他顿感年轻:“尊敬的先生,政府准备将第一枚国家科学勋章授予您,以表彰您对国家的卓越贡献。”

冯•卡门(网络图)

冯•卡门(网络图)

  说到这位老人,在中国可谓家喻户晓,他正是钱学森的老师西奥多·冯·卡门(Theodore von Kármán)。这年二月,冯·卡门在白宫玫瑰园里从肯尼迪手中接过美国第一枚国家科学勋章,他深感激动,认为国家还未忘记他这个老朽。两个多月后,这位“航空航天领域最杰出的元老”(语出“现代航天之父”韦纳·冯·布劳恩)走完了光辉的一生。

  冯·卡门的一生充满传奇色彩,关于他的趣事,我们还是从头说起吧。

肯尼迪为冯•卡门颁发美国第一枚国家科学勋章(网络图)

肯尼迪为冯•卡门颁发美国第一枚国家科学勋章(网络图)

        1、被抑制的神童

  不知蝌蚪的小伙伴发现没有,欧洲那地儿虽说面积不大,但姓冯的还真不少,比如大诗人弗里德里希·冯·席勒、铁血宰相奥托·冯·俾斯麦、“现代航天之父”韦纳·冯·布劳恩。实际上,冯(von)并不是姓氏,它只是贵族姓氏的前缀标志,和英语中的“of”用法相似,奥托·冯·俾斯麦就表示来自俾斯麦的奥托。但不管咋说,姓名中的“冯”大多是身份尊贵的象征,冯·卡门也不例外。

  冯·卡门的父亲老卡门本来叫莫里斯·卡门,是匈牙利一位犹太裁缝的儿子。老卡门人穷志不短,十分好学,一鼓作气念完了博士,后来成为匈牙利有名的教育家,一度担任全国教育委员会秘书长,匈牙利沿用数十年的教育规范就出自老卡门之手。当时的国王很欣赏老卡门在教育方面的出色工作,便召他进宫,想封他一个更高级的官职。不过,老卡门却给拒绝了。

冯•卡门的父亲(网络图)

冯•卡门的父亲(网络图)

  原来,老卡门寻思着,官再大也总有退居二线的一天,不如要点实惠且长久的。于是,他对国王说:“陛下,我希望您可以赐予我能传给子孙的东西。”

  国王倒也爽快,道:“从今以后你们家就是世袭贵族了,名字中加个‘冯’吧,城边的那个小葡萄园给你做封地可别嫌少啊。”

  冯·卡门名字中的“冯”便是这样来的。

  冯·卡门出生于1881年,是老卡门的第三个儿子。冯·卡门的母亲出身于书香门第,祖上曾出过一个数学家,冯·卡门似乎受此影响,从小就表现出超常的数学天赋。

幼时的冯•卡门,大师也曾是个可爱boy(加州理工学院官网)

幼时的冯•卡门,大师也曾是个可爱boy(加州理工学院官网)

  冯·卡门六岁时,有一天几位客人到家中做客。其中一位叔叔拉着小卡门逗趣道:“西奥多(冯·卡门全名为西奥多·冯·卡门),你知道144567×19765等于多少吗?”小卡门稍一思索便给出了正确答案,客人们感到非常惊讶,不停地在冯·卡门父母面前夸赞他。

  通常,如果孩子在某个学科上表现出超常的天赋,父母总会兴奋不已,但这事儿放在老卡门身上就不成立了。他细细审视着冯·卡门,脸上甚为不安,就像李靖看哪吒一样,心想:三娃莫非是个怪物?

  老卡门身为教育专家,很不喜欢超常儿童,他担心冯·卡门以后会畸形发展。于是当客人们离开后,他将冯·卡门叫到身旁说:“西奥多,你刚才的计算不过是小聪明,以后不准你再做这种游戏,知道吗?”说着,老卡门就将厚厚的地理、历史、文学书籍丢给了冯·卡门,并再三嘱咐他以后不许再接触数学。

冯•卡门(左)和他的兄弟妹妹(网络图)

冯•卡门(左)和他的兄弟妹妹(网络图)

  就这样,冯·卡门的数学才能在童年时一直被压抑着。但他后来却非常感激父亲,因为在父亲的教导下,他的发展是全面的,尤其具备很多工科专家所没有的人文主义精神。尽管老卡门每天上课很辛苦,但他还是挤出时间,亲自为冯·卡门兄妹五人写了几本童话故事和插图启蒙读物,并让自己在师范学院工作的高徒给孩子们上文化课。

  直到冯·卡门上了中学,老卡门才允许他重拾数学,前提是必须先把德语和法语学好。聪明勤奋的冯·卡门没多久就熟练掌握了几门外语,然后一股脑儿钻进数学世界里,如饥似渴地研究起来。冯·卡门很快就在匈牙利全国中学生数学竞赛中拿了奖,他后来甚至还帮一位高三学长辅导代数,仅一个月就让其通过了大考。

冯•卡门的父母(网络图)

冯•卡门的父母(网络图)

        2、二流大学里的一流学生

  常年的劳累让老卡门病倒了,16岁的冯·卡门打算和哥哥一起挣钱养家。父母觉得冯·卡门还不过是个孩子,断然拒绝了他的要求,让他安心上学。

  次年,冯·卡门顺利进入了皇家约瑟夫大学。皇家约瑟夫大学虽说是当时匈牙利唯一一所工科大学,但水平一般,学校不重视物理学等基础课程,教师们也大多比较平庸。

  初入二流大学,伤心总是难免的,不过冯·卡门一直憧憬着成为老卡门那样的专家和教授,最初的失落很快就被宽松的学习环境带来的兴奋取代了。冯·卡门虽然善于辞令,但他认为自己智商不够高,反应也迟缓,因此当其他同学忙于追妹子时,他常常一个人在房间里埋头读书,以培养自己的独立思考能力。他越来越爱钻研数学难题,尤为偏爱投影几何,他还花不少时间研究英语和歌德的作品。那时的冯·卡门还处于广撒网的阶段,并没有专攻一门的想法。

皇家约瑟夫大学(现布达佩斯技术与经济大学)一隅(网络图)

皇家约瑟夫大学(现布达佩斯技术与经济大学)一隅(网络图)

  有一次,冯·卡门在一位教授的指导下对几台发动机进行实验。他在实验中发现一个怪现象:一旦活塞转速达到一定数值,阀门就会振动,发出很大噪音。为了弄清原因,冯·卡门没日没夜地思索和计算。经过仔细分析后,冯·卡门认为阀门的开关和活塞的周期性运动之间产生了共振。他据此将该现象简化为一个数学问题,并推导出相应的数学公式,准确计算出阀门不发生振动时的质量,从而成功解决了阀门振动的问题。

  年轻气盛的冯·卡门将自己的成果写成论文,迫不及待地送到了教授手中。冯·卡门本还有些忐忑,不料教授对他十分赞赏,并将论文公开发表出来。

  此时的冯·卡门不过是个大一小鲜肉,意料之外的论文发表让他喜不自禁。他的心里万马奔腾:哈哈,看来我在科学上还是有点小才华的嘛!原来解决理论问题可以让人如此畅快,以后我的事业就是搞科学理论了!

青年时期的冯•卡门(网络图)

青年时期的冯•卡门(网络图)

  大学毕业后,冯·卡门先当了一年兵,随后回到母校皇家约瑟夫大学成为一名助教。三年后,他因成功将欧拉的弹性压杆理论发展运用到非弹性材料上而成为同事们眼中的明日之星。

  老卡门听闻此事后,比他的儿子还要激动,他深知在匈牙利这个农业国搞科学研究前途有限,便将冯·卡门叫到身旁,苦口婆心道:“西奥多啊,你还是去国外搞理论研究吧,只有出国,你才更有机会成为有成就的科学家啊!”

  不过,冯·卡门并不想出国,毕竟他在匈牙利国内待遇优厚,朋友也多。但老卡门锲而不舍地给他做思想工作,每天都聊到深夜,冯·卡门实在不想再为难日渐衰弱的老父,终于答应出国留学了。

冯•卡门全家福(加州理工学院官网)

冯•卡门全家福(加州理工学院官网)

  1906年,25岁的冯·卡门收拾起行囊,他挥一挥衣袖,作别家人和匈牙利的云彩,向着更为广阔的科学世界出发了。他的目的地是德国,那里汇聚着他仰慕的赫尔姆霍兹、普朗克、赫兹、能斯特、希尔伯特等物理和数学领域的大师们。

  初到德国,冯·卡门的科研之路上发生了哪些趣事呢?敬请关注《航空航天领域的“带头大哥”是怎样炼成的(二)》

        最后,再来了解一下航空航天领域其他伟大的科学家吧——《凯瑟琳・约翰逊:被称作“电脑”的“隐藏人物”》《王适存:旋翼展翅谱华章(上)》

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  人物小档案:

  西奥多•冯•卡门(1881.5.11  1963.5.6),匈牙利裔美籍数学家、物理学家,开创了数学等基础科学在航空航天等技术领域的应用,被认为是二十世纪最杰出的航空与航天工程学家。他对二十世纪流体力学、空气动力学理论及应用,尤其是超声速和高超声速气流表征,亚声速和超声速飞行器的设计,产生了巨大影响。

  参考资料:

  [1] 冯·卡门,·爱特生. ·卡门——航空与航天时代的科学奇才[M]. 曹开成,. 上海:上海科学技术出版社,1991.

  [2] 赵国英,朱保如. 乘风扶摇——冯·卡门传略[J]. 自然辩证法通讯,1980(3):61-70.

  [3] W.R. Sears. Some recollections of Theodore von Kármán [J]. Journal of the Society for Industrial and Applied Mathematics, 1965,13(1):175-183.

  [4] S. Goldstein. Theodore von Kármán 1881-1963 [J]. Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society, 1966(12):334-365.

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