第三章學生物理發現的啟迪4
6.湍流理論的發現
錢學森、郭永懷、錢偉長、林家翹等人的名字，海內外中國同胞都非常熟悉，他們都是世界知名的科學家。其中錢學森、郭永懷主持了我國航天事業和核彈、導彈的研製，為中國科學技術的發展作出了巨大的貢獻。而這幾位科學家全都師出於一位科學家，他就是西奧多·馮·卡門(1881～1963）。馮·卡門，美國航空工程學家，開創了數學和基礎科學在航空、太空和其他技術領域中的應用，從而獲得美國總統授予的第一枚國家科學勳章)。
1963年2月18日上午，瑞雪初晴，晶瑩的雪片在陽光下閃出奇異的光芒，粉妝玉砌般的積雪把大地變幻成銀色的世界。美國白宮玫瑰園裏賓客雲集，這是華盛頓難得的雪後晴天。美國第一枚“國家科學勳章”的頒發儀式即將在這裏隆重舉行。
美國自建國以來，湧現出眾多的科學大師，各級政府部門和民間團體曾頒發過無數科學獎章。然而，由美國總統代表國家親自頒發的科學勳章，卻還是頭一次。獲得這一崇高榮譽的就是現代航空大師西奧多·馮·卡門。
軍樂隊奏起了歡迎曲，賓客們急切地將目光轉向通往白宮的禮儀門，人們都想先睹獲獎者的風采。門開了，卡門和美國總統並肩步入白宮，向玫瑰園走來。
八旬高齡的馮·卡門，由於患有嚴重的關節炎，在走下高高的台階時，顯得力不從心、步履蹣跚。年輕的美國總統趕忙上前攙扶他，老人點頭報以感激之情，輕輕地擺脫了總統伸出的手，淡然一笑說：“總統先生，下坡行路的人無需攙助，惟獨舉足高攀的人，才求一臂之力。”
當總統把金燦燦的勳章掛在卡門老人的脖子上時，人群中響起了熱烈的掌聲，軍樂隊高奏貝多芬不朽的名曲《英雄頌》。
白宮授勳儀式之後不久，老人的心髒衰竭，終於在82歲壽辰的前5天，離別了人間。這位一代傳奇人物結束了他多彩的人生，但是，在那日益增多的飛行工具上，卻銘刻著他征服天空的不朽業績。
卡門1881年5月11日生於匈牙利，父親是教育學教授，他受到了良好的早期教育。兒童時代的卡門，很早就顯露出數學天賦。卡門的數學天賦著實使父親感到驚奇，但是卡門的父親從全麵教育出發，不得不采取措施，抑製他在數學方麵的智力發展，讓他多學些人文科學知識。
9歲那年，卡門進入了被人們譽為“明星搖籃”的匈牙利明達中學。17歲的卡門，作為一名中學優等生，進入了當時匈牙利惟一的工科大學約瑟夫皇家工藝大學。25歲的卡門爭取到了匈牙利科學院的獎學金後，便前往當時世界的科學聖地——哥廷根。
20世紀初，哥廷根的人口不足3萬，然而，這是一座智力之城、學院之城，哥廷根在近代科學文明中頗有名望。古老的建築，迷人的花園，幽靜的街巷，一派靜悄悄地莊嚴氣氛，世紀的牆垣環抱著鬱鬱蔥蔥的林陰，哥廷根大學哥特式建築的尖形塔，更使這裏具有中世紀修道院的風格。
哥廷根大學是1734年創建的一所古老的普魯士大學，當時是世界理論科學的中心。哥廷根也是近代流體力學的發祥地，被譽為“空氣動力學之父”的路德維希·普朗特此時正在這裏主持工作。
普朗特十分注意研究從複雜的工程問題中抽出基本的物理過程，再用簡化的數學方法加以分析，這與卡門的想法十分吻合。
在普朗特的指導下，卡門利用哥廷根良好的實驗條件，對一係列機械工程問題進行了研究。這為他日後的飛機結構設計，提供了重要的技術保障。
1903年，卡門通過了博士學位答辯，而後赴巴黎學習考察。不久，普朗特從哥廷根寄邀請信，要卡門回去擔任實驗室的助手，參加哥廷根第一個風洞的籌建及“齊柏林號”飛艇的設計。卡門愉快地接受了這一邀請，從此他開始了作為航空科學家的生涯。
哥廷根風洞是為“齊柏林號”飛艇設計服務的；卡門協助普朗特完成了德國第一批空氣動力學實驗。同時，他還擔任力學課的教員。哥廷根的學習、研究和生活對於卡門說來是十分珍貴的。
當時，一批科學明星薈萃於哥廷根。卡門置身於這些科學大師之中，眼界大開。尤其是希爾伯特與克萊因這兩位各有所長的數學大師，對卡門產生了深遠影響，使卡門橫跨兩個基本學科——純粹數學和應用數學。
卡門投入科學研究初期，正是物理學的革命時期。放射性的發現正在揭開原子奧秘的帷幕。
1911年到1921年間，普朗特正在研究邊界層分離現象。他設計了一個水槽，用以觀察流體經過圓柱體後麵的分離現象。水槽裏的水流不斷發生擺動，普朗特對此並不注意。卡門思想敏捷，善於洞察事物本質，當他插手這一實驗之後，立即加以深入研究。
實驗顯示，流水在圓柱後形成兩排交叉的渦旋。卡門對此進行了數學分析，從理論上證明隻有交叉排列的渦旋才是穩定的。他在三個星期內完成了兩篇出色的論文，這兩篇論文成為流體力學中一次重大發現的標誌。
流體經過一個障礙物，會在它後麵留下兩排交叉的渦旋，這一現象早已為人們所知，但是，卡門第一次從理論角度闡明了這一現象的實質。由於這兩排交叉的渦旋好像是大街兩旁的兩排街燈，於是人們把這一現象叫做“卡門過街”。