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【物理神男】航空航天领域的“带头大哥”是怎样炼成的 | 冯·卡门

环球物理 · 公众号 · 物理 · 2017-04-27 22:37

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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。

他的一生充满传奇色彩，我国著名科学家钱伟长、钱学森、郭永怀都是他的亲传弟子，这位航空航天领域的“带头大哥”是怎样炼成的？

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）

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）

被抑制的神童

不知小伙伴们发现没有，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）

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）

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）

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）

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）

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）

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）

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。

不太愉快的读博经历

冯·卡门来到了哥廷根大学。尽管哥廷根大学由于历经沧桑，建筑外表多已褪色，颇显古板俗气，但这所大学却不容小觑，它可是欧洲哲学、法学和语言学的滥觞，还是世界主要的数学中心之一。

哥廷根大学一隅（维基百科）

冯·卡门的博士导师正是后来被称为“空气动力学之父”的普朗特。普朗特当时不过比冯·卡门大八岁，但已经是应用物理系的系主任了，在流体力学基础理论方面有杰出成就。

普朗特（1875-1953，网络图）

普朗特因为名下学生太多，便在一张卡片上写了十几个论文题目让学生自己选择，以免总有学生因论文题目的事儿打扰他。可是当他与冯·卡门初次见面时，这招却不灵了。冯·卡门端详着卡片，然后对普朗特说：“非常抱歉，先生，您所列的这些题目我都不感兴趣，我还是想继续从事之前在匈牙利研究的非弹性挠曲理论（注一）。”普朗特有些惊讶，在他看来非弹性挠曲理论稍显低级，不过他还是同意了冯·卡门的要求。

杆件的挠曲示意图（网络图）

然而当冯·卡门准备做实验的时候，却发现糟心的事情出现了。当时哥廷根的顶级科学家们研究的都是基础数学和相对论、原子物理学等“上流”学科，而冯·卡门他们研究的结构力学和挠曲理论则是“不入流”的，学校里根本没人关心他们。因此，当冯·卡门申请建造一台实验设备时，几个月都得不到回复。无法做实验，冯·卡门不免有些沮丧，深感毕业无望。

普朗特和他的实验设备（网络图）

此处不留我，自有留我处！冯·卡门在哥廷根大学待了一年就跑掉了，他准备前往一个叫夏洛登堡工学院的地方。这所大学名不见经传，冯·卡门一进校门就有些后悔，研究条件居然比哥廷根还差得多！待了几个月，冯·卡门实在受不了，只好忍气吞声地回到了普朗特身边。

冯•卡门：这博士念的我也很惆怅啊！（网络图）

普朗特不但再次收留了冯·卡门，还告诉他一个好消息：有个叫克虏伯的军火商希望冯·卡门能帮他解决结构工程失效的问题，并愿意提供实验设备。原来，当时克虏伯的很多军事产品由于结构设计不合理而常发生意外破坏，他因此损失了不少银子，大为头疼的他觉得那帮只依赖经验公式的工程师根本靠不住，便找到了普朗特和冯·卡门，希望他们能提供更科学的结构设计方法。梦寐以求的实验设备竟然轻松解决了，冯·卡门仅用一年就顺利完成了博士论文，真应了“工欲善其事，必先利其器”的古语。

冯·卡门虽然只用两年多就拿到了博士学位，但这两年他过得并不舒坦，因此他一毕业就溜到巴黎散心去了。

冯•卡门（右）与友人（网络图）

与航空的意外结缘

1908年，冯·卡门在巴黎一待就是数月，白天听听居里夫人的讲座，晚上体验巴黎浪漫的夜生活，过得很是惬意。

一天，一位在报社工作的友人兴奋地对冯·卡门说：“西奥多，明天早上将进行欧洲第一次两公里飞行表演，这一定会是个很有历史意义的事件，你开车送我去采访吧。”

亨利•法尔芒1908年驾驶的飞机（网络图）

尽管冯·卡门曾研究过发动机，但他当时一直没有接触过流体力学，误以为只有制造出很轻的发动机，才能把飞机送上天。鉴于当时的技术水平，他对飞行表演并没多少兴趣，便婉拒了友人的请求。无奈友人再三劝说，冯·卡门只好勉强答应了。

次日一早，冯·卡门和友人来到了飞行表演的空地，映入冯·卡门眼帘的是一架双翼飞机。与其说它是飞机，不如说是用木头和金属丝制作的大号风筝，只不过多了一台发动机。冯·卡门一看到这架飞机，便来了兴致，心里不停嘀咕：这么个傻木架子，还拖着个很重的发动机，能飞起来吗？

亨利•法尔芒曾驾驶的飞机（网络图）

当天的飞行员是法国著名飞行家和飞机设计师亨利·法尔芒，曾创造过多次飞行记录。只见法尔芒熟练地启动发动机，飞机紧接着就奇迹般地飞了起来，在他的巧妙操纵下，飞机顺利完成了两公里的飞行任务。

在一片欢呼声中，冯·卡门也难以抑制内心的激动，他感到飞行员驾驶飞机的动作十分帅气，航空飞行事业竟如此壮丽！他与航空的缘分就这样开始了。

亨利•法尔芒（1874-1958，网络图）

重返哥廷根

冯·卡门虽然对航空产生了浓厚兴趣，但当时身在巴黎的他尚不清楚自己能在飞行安全方面做哪些具体工作，毕竟刚博士毕业的他连工作都没着落呢。

此时，普朗特再次向冯·卡门抛出了橄榄枝，他盛情邀请冯·卡门：“我们正在帮军方研制一种飞艇，人少，钱多，速来！”于是，冯·卡门又回到了哥廷根大学，这次他的身份不再是学生，而是讲师，虽然是编外的。

1945年在德国，右起：钱学森、冯•卡门、普朗特（网络图）

冯·卡门协助普朗特建造了哥廷根第一个风洞（注二），飞艇的设计与实验也很顺利。能够从事航空飞行的研究，冯·卡门感到很充实，可日复一日，他却愈发苦恼。他所苦恼的是自己编外讲师的身份。

所谓编外讲师，就是没有得到学校正式聘请的教师，这意味着冯·卡门除了在实验室当助手的微薄薪资外，主要收入来自于听课的学生，学生越多收入才越高。尽管冯·卡门用从父亲那里学到的教学方法吸引了大量学生，收入也算不错，但迟迟等不来学校的正式任命，冯·卡门难免心烦意乱。

冯•卡门与爱因斯坦（加州理工学院官网）

当时哥廷根汇集了一批科学大师，在数学家克莱因的组织下，爱因斯坦、希尔伯特、闵可夫斯基、能斯特等人常会聚在一起做学术讨论。编外讲师再不济也是讲师，冯·卡门因此便有机会参加这种高水平的学术讨论会。来自优秀数学家和物理学家的新奇想象和理论，让冯·卡门无比振奋，正是这一时期和大师们的交流让他为日后研究航空航天打下了基础，其中对他影响最大的是克莱因和希尔伯特。

克莱因（1849-1925，网络图）

克莱因是著名的数学家，也是出色的组织者，在他的引领下，哥廷根广纳贤才，成为世界数学研究的中心。克莱因还促成哥廷根大学成立了应用力学系，一直致力于数学、物理等学科在工程中的应用。克莱因劝年轻的讲师冯·卡门也这么做，冯·卡门很赞同：“领导说的对啊！”此后冯·卡门也一直从事科学与技术结合的工作。

克莱因发明的克莱因瓶（网络图）

希尔伯特则是数学史上最杰出的大师之一，和克莱因相比，他更关注基础理论，而不太在意科学的应用。事实上，希尔伯特很看不起克莱因的那套东西，而克莱因也认为希尔伯特这种纯数学家办不成事儿。

希尔伯特（1862-1943，网络图）

希尔伯特比冯·卡门年长20岁，虽然身材矮小，看上去毫不出众，但冯·卡门却为他的惊人才华所倾倒，希尔伯特也很欣赏头脑灵活的冯·卡门，两人遂成为忘年交。希尔伯特巧妙地解决了一系列数学和物理上的重要问题，这令冯·卡门坚信自然界具有数学本质，他后来总能从混乱的问题中得到数学解答。

哥廷根大学数学研究所，冯•卡门就是在此受到了克莱因和希尔伯特等人的熏陶（维基百科）

“有幸附上敝人名字的理论”

二十世纪初，飞行理论的研究方兴未艾，普朗特领导的研究团队主要致力于研究飞行理论中的涡流问题，冯·卡门也对这一问题很好奇。

一次，普朗特让一名学生测量稳定水流中圆柱表面各点的压力，可无论如何，水流总会不停波动，测量的压力难以稳定。学生犯了难，向普朗特求助。普朗特回答得简单干脆：“应该是你用的圆棒太粗糙了吧！”

普朗特和他的流体实验装置（网络图）

学生回到实验室后充分发扬了德国人的严谨劲儿，天天磨试棒。可当他小心翼翼地把滚圆的试棒放入水槽后，却发现水流依旧波动不止。一个吃瓜群众说：“是不是水槽不够对称？”于是，这位学生又开始天天磨水槽。冯·卡门看他每天都忙活得满头大汗，便问咋回事，学生摇摇头：“还是老样子，水一直波动啊！”

冯·卡门有些憋不住了：奇怪，难道水流的波动是必然的？回到办公室，他立即尝试采用数学方法解释这一现象。水流过圆柱后会一分为二，形成两股涡流，这两股涡流有没有可能完全对称呢？冯·卡门很快根据水流运动的数学方程否定了这种可能性。他于是又假设两股涡流是相间排列的，一番计算之后，竟然行得通！也就是说，水在流过圆柱体后，必然会产生两列相互平行、自转方向相反的漩涡，而且是相间排列的，就像街道两边的路灯一样排列着向前流动。

卡门涡街示意图（上）及卫星拍摄的小岛后的卡门涡街（下）（网络图）

困扰那位学生很久的难题，冯·卡门居然一个周末就搞定了，连他自己都有些惊讶。他兴冲冲地将自己的新发现告诉了普朗特，普朗特毕竟是见过大风浪的前辈，对冯·卡门的重大发现表现得很淡定，他平静地说：“好的，那就整理出来发表吧。”

1911年，冯·卡门的大作发表了，文章中的涡流理论后来被人们称为“卡门涡街”，他也因此成为国际著名的空气动力学家。

“卡门涡街”有啥用呢？简单说，它是飞机、船舶、赛车设计的重要理论基础，可以帮助人们知道如何采用流线型来最大限度地减少型面阻力。1940年发生的塔科马海峡大桥坍塌事件中，“卡门涡街”也扮演了重要角色（详情戳这里哦：塔科马大桥坍塌，引发新学科诞生）。

匈牙利1992年发行的冯•卡门纪念邮票，背景图案即是卡门涡街（网络图）

冯·卡门非常崇敬法国科学家庞加莱，后来他每每讲到“卡门涡街”时，总要引用庞加莱上课时常说的一句话：“有幸附上敝人名字的这一理论……”

编外讲师终于成了著名教授

冯·卡门只用了一个周末就收获了“卡门涡街”这条大鱼，高兴肯定是难免的。当时他的兴趣相当广泛，除了研究流体运动外，还探索原子的奥秘。不过，虽然冯·卡门对固体结构和原子结构都提出了正确的假设，但他总是慢半拍，自己刚写好文章，别人却已经发表了，因此从未钓到过那只叫“首创权”的大鱼。冯·卡门有些无奈：好吧，我还是专心搞流体力学吧。

可是到了1912年，已经做了四年编外讲师的冯·卡门还是等不来正式任命的通知，哪还有心搞流体力学？慈母说：“孩子回家吧，家乡一样有工作。”严父道：“不不不，西奥多，你还是要待在哥廷根，在那里才有前途。”冯·卡门左右为难之际，一个朋友告诉他匈牙利的一个矿业学院需要应用力学教授，冯·卡门一听到“教授”二字，立马就收拾行李回国上任了。

冯•卡门的父母（加州理工学院官网）

然而，矿业学院实验设备稀缺，根本满足不了冯·卡门做研究的需要。没多久，冯·卡门就失望地回到了哥廷根。克莱因十分欣赏冯·卡门，对他的遭遇很同情，后来在克莱因的帮助下，31岁的冯·卡门终于在德国当上了教授，只不过不是哥廷根大学，而是亚琛工学院。

亚琛工学院（现亚琛工业大学）一隅（网络图）

冯·卡门如愿当上了航空学教授，而且还是在亚琛工学院这样的名校，他准备要大干一番。无奈一战爆发，他被匈牙利召回，在炮兵部队一待就是四年。幸运的是，由于冯·卡门熟悉航空学，入伍不久，上级就让他从事军需和技术方面的工作。四年间，冯·卡门一刻也没停止钻研，他研究弹道学、设计大炮、建设风洞、研制直升机，每天都忙得不亦乐乎。战争和政治上的混乱，让冯·卡门更加深刻体会到：只有科学才是永恒，才是真爱啊！战后不久他便回到了朝思暮想的亚琛。

身穿匈牙利军装的冯•卡门（加州理工学院官网）

亚琛工学院常常会组织精彩的学术活动，冯·卡门几乎全都参加，如今在力学界最著名的世界性大会——国际理论和应用力学大会（早期名为国际力学会议），便是他在这一时期发起的。这一时期，他还担任了亚琛空气动力研究所所长，并首次阐释了“湍流”的概念及理论基础。不过，要说冯·卡门最热爱的学术活动，则是给学生上课了。

冯•卡门（右三）在亚琛的合影（网络图）

当时德国的教授大多比较威严，和学生很疏远，可冯·卡门不同，他父亲是个非常喜欢和学生接触的教育家，他也深受影响，经常和学生们打成一片。冯·卡门虽已是公认的大科学家，却从不摆架子，他总是穿着沾着粉笔灰的背心和满是褶皱的裤子穿梭在学生间，学生也很喜欢他风趣的语言和透彻的讲解，乐于和这位平易近人的青年教授交谈。除了课堂和茶话会，冯·卡门更喜欢在酒馆和学生们谈天说地，他们一边畅饮一边畅谈科学、家庭、恋爱和个人前途，气氛平等而活跃。

亚琛工学院课堂上的冯•卡门（亚琛工业大学官网）

在科研和教学以外，冯·卡门还是个赚钱高手，帮企业做顾问让他收入颇丰。一天，一位工厂主的机器一开动就强烈振动，眼看着机器可能会损坏，他便向冯·卡门求助，冯·卡门到工厂检查了几分钟后就对工厂主说：“小事一桩，你把齿轮旋转90度就好了。”工厂主照做后，机器果真不再振动，开心的他在看到冯·卡门开出的账单后却傻眼了，生气地说：“你就说了一句话，怎么要这么多钱！”冯·卡门倒也干脆：“你把齿轮转回去，我就撕掉账单。”工厂主顿时无言以对。

冯•卡门乘飞机（网络图）

1929年的冬天，对德国的犹太人而言显得格外寒冷，纳粹日益猖獗的排犹活动，让在亚琛工学院搞了16年航空研究的犹太人冯·卡门也感受到了影响。冯·卡门决定带着家人前往美国，他最辉煌的时代即将开始了！

航空大师的辉煌时代与中国情缘

在密立根的邀请下，冯·卡门前往加州理工学院做了航空实验室主任。新官上任，他琢磨着是不是要把名字Kármán中的两个重音符号去掉，以便更好地融入新环境。

有一次，冯·卡门在校园里听到一位教师问另一位教师：“你了解那个新来的教授吗？”另一位答道：“不了解，不过看他名字上有两撇小玩意儿，应该是个外国佬吧。”冯·卡门很反感这种歧视和偏见，便一直保留名字上的“两撇小玩意儿”，后来他在说英文时，也特地保留了浓重的匈牙利口音。

冯•卡门在普林斯顿讲学（NASA官网）

冯·卡门为成立不久的航空实验室带来了不拘小节、热情活跃的气氛，实验室师生们的思路也更加开阔，更富创造性。冯·卡门所主张的理论与工程结合的思想也得到师生们支持，他们先后解决了大量工程技术问题。这一时期，冯·卡门完成了著名的湍流统计理论，发表了大作《工程中的数学方法》，他还为美国空军解决了飞艇的空气动力学特性、超音速飞行等一系列飞行技术问题，成为美国空军最信赖的伙伴。冯·卡门的名号在美国的科学界、工程界和军界可谓是无人不知。

冯•卡门（中）向美国空军讲解技术问题（网络图）

冯•卡门（中）主持美国国防部科学会议（网络图）

右起：冯•卡门、恩利克•费米和爱德华•泰勒在好莱坞（加州理工学院官网）

无论是在亚琛工学院，还是在加州理工，冯·卡门一直秉持父亲的育人观念，并抱有“科学无国界”的思想。他先后培养了两代科学家与工程师，到过很多国家指导航空工业建设，为世界航空航天领域的蓬勃发展奠定了坚实基础。说到此，就不得不提冯·卡门的中国情缘了。

冯•卡门（中）访问兰利实验室（NASA官网）

冯•卡门在讲学（网络图）

冯·卡门曾说：“世界上最聪明的民族有两个，一个是犹太人，另一个就是中国人。”他十分喜爱中国文化，家中有不少中国家具和艺术品，他也一直有“将孔子的故土引向航空时代”的想法。早在1929年，冯·卡门就到访过清华大学，并建议清华大学创办航空专业，不过这个建议在几年后随着战局日益紧张才被采纳。1936年，在得知清华大学开设了航空系后，冯·卡门兴奋地让手下的一名航空专家到中国，帮助中国建设了第一座风洞。次年，随着“七七事变”的爆发，冯·卡门再次抵达中国，为中国建立一支新空军出谋划策。

除了多次到中国指导航空建设，冯·卡门还在加州理工为中国培养了一批杰出的航空航天专家，包括钱学森、郭永怀、钱伟长和范绪箕等人，其中，冯·卡门最欣赏的便是钱学森。

冯•卡门的几位中国弟子，左起：钱学森、郭永怀、钱伟长、范绪箕（网络图）

钱学森（左下）与冯•卡门及其妹妹（加州理工学院官网）

1936年，刚从麻省理工航空系获得硕士学位的钱学森找到冯·卡门，希望能跟他读博。冯·卡门向钱学森提了几个问题，没想到钱学森全都对答如流，冯·卡门不禁在心中赞叹“小伙儿真是才思敏捷”，欣然收下了钱学森。钱学森数学能力出众，想象力也非常丰富，能准确地从自然现象中找到物理模型，冯·卡门认为他是个天才。在冯·卡门的指导下，钱学森很快获得了航空和数学的双博士学位，他们还一起提出了著名的“卡门-钱公式”（注）。

师徒三代，左起：普朗特、钱学森、冯•卡门（网络图）

暮年也精彩

冯·卡门身上从没有学究气，他总能很好地在事业和生活之间找到平衡。他平易近人，谈吐幽默，乐于应酬又很健谈，因而从政界领袖、商界显贵到路边的花匠，都喜欢和他交谈。

冯•卡门与好莱坞女星简•曼斯菲尔德（网络图）

到了晚年，冯·卡门每天都过得有滋有味。他通常六点起床，随后与客人们边吃早餐边聊天，接下来是写信和阅读世界各地科研人员寄给他的论文。小酌几杯烈性威士忌，吃完午餐后，他便开始接待客人和学生，晚上则要出席各种宴会。不过，冯·卡门常常是“身在曹营心在汉”，别看他天天参加应酬，很多时候他虽然人在宴会上，但心思早飞到科研上去了，他有时还会为了推导一个方程，从宴会上悄悄溜走一个小时。

冯•卡门在家中（加州理工学院官网）

即使到了七十岁，冯·卡门的科学创新精神依然有增无减。此前他从未接触过燃烧学，到七十岁时才开始钻研这门略显生疏的学问。冯·卡门的头脑依旧灵活敏捷，他巧妙地将燃烧学和流体力学结合起来，从而为近代燃烧理论奠定了基础。

书桌旁的冯•卡门（加州理工学院官网）

晚年的冯·卡门也有些“小毛病”：作为学界泰斗，他难免有些虚荣心。有一次，冯·卡门出席一个学术会议，由于大多参会者都很年轻，而且和冯·卡门的研究领域不同，认识他的人寥寥可数。得不到赞扬的冯·卡门显得很沮丧，几乎一言不发，没多久他便离开了会场。

冯•卡门获颁纽约大学荣誉学位（网络图）

1963年，在获得美国第一枚国家科学勋章后，冯·卡门便心满意足地前往他的成名之地——亚琛进行矿泉水治疗。不料他在泉水中突然激烈地咳嗽，随后溘然长逝。

肯尼迪向冯•卡门颁发美国第一枚国家科学勋章（网络图）

冯·卡门很乐观自信，他认为自己是一位名垂青史的大科学家。事实上也正是如此，冯·卡门对推动人类社会的发展做出了不可磨灭的巨大贡献，如今世界上每一个飞行器都在采用他的理论和技术，在航空航天领域，“带头大哥”的名号非他莫属。冯·卡门的传记作者认为他是二十世纪位列前十名的科学巨匠，而“现代航天之父”韦纳·冯·布劳恩则说：“冯·卡门是航空和航天领域最杰出的一位元老；远见卓识、敏于创造、精于组织——使科学家之间打破门户之见、消除民族歧视和语言隔阂、共同协作的非凡能力，正是他独具的特色。”

美国发行的冯·卡门纪念邮票（网络图）

注释

挠曲，即构件的弯曲变形，例如，当杆件受到外力作用时将产生弯曲变形，杆件的轴线将会在垂直于轴线方向产生线位移（见正文示意图）。

风洞，空气动力学中用来产生气流的设备，试验时将模型或实物置于风洞中，利用人造气流，测定并研究空气在物体周围流动时所产生的作用。

卡门-钱公式，由冯·卡门和钱学森于1939年提出，在亚声速范围内，该公式可精确估算翼型（例如飞机机翼的剖面）上的压力分布及临界马赫数（马赫数是表示声速倍数的数，1马赫即一倍声速，它表征了流体的可压缩程度）。

参考资料

[1] 冯·卡门,李·爱特生. 冯·卡门——航空与航天时代的科学奇才[M]. 曹开成,译. 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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