在人類的建築史上,因忽視“卡門過街”的作用,曾發生過一起驚心動魄的事件。事情是這樣的:在美國西雅圖附近有一座橫跨塔科馬海峽的大橋,它是一位著名建築師設計的“藝術傑作”。1940年11月7日,8級狂風大作,在強烈的“卡門過街”的作用下,大橋發生了急劇的扭曲、振動,結果在不到一個小時崩塌殆盡。人們最終意識到建築設計必須考慮“卡門過街”的效應,因為一切建築物都處於空氣這一流體之中,風速過快時都會產生“卡門過街”現象。
卡門離開哥廷根前往亞琛任教時,已經奠定了他的基本流體力學理論權威的基礎。不久,他擔任亞琛工學院空氣動力研究所所長。他在亞琛工作期間,組織並主持了三次國際應用力學會議。卡門和他的老師普朗特合作研究,突破了如今仍被人們視為流體力學最大難題的“湍流”問題,雖然這個問題至今仍困擾著人類,但“湍流”問題的研究在這一時期獲得了第一次重大進展。卡門和普朗特的湍流理論,現在仍是工程湍流計算中的重要依據,成為流體力學的經典理論。
1929年卡門出任加州理工學院航空實驗室主任時,美國的航空工業正處於蓬勃發展階段。從1930年到1942年,經過12年的努力,卡門領導的加州理工學院航空實驗室,已經成為國際流體力學研究中心。卡門在整個流體力學領域,指導了兩代科學家和工程師,開拓了新領域,為航空技術奠定了紮實的科學基礎。
1945年,卡門起草了一份關於航空工業發展必須依靠科學技術的報告。報告分析了兩次世界大戰中的人力、武器、科學技術的作用,還具體探討了超音速飛行和火箭的技術問題,這篇報告對美國當局產生了非常深刻的影響。
在卡門的倡導、呼籲下,美國逐步成立了一些研究機構。1947年超音速無人駕駛飛機發展中心成立;1948年著名的智囊機構——蘭德公司成立;1952年阿諾德航空工程公司成立;1957年成立了國家原子能委員會。到1957年,卡門的計劃大多已付諸實施,火箭、導彈已經大量生產,超音速飛機橫越大洋,人造衛星也已經圍繞著地球運行。
第二次世界大戰戰火熄滅之後,卡門全心地致力於發展國際航空事業。50年代,卡門主持了兩次國際航空會議,創建了國際宇航科學協會,成立了國際宇航科學院,推動了國際宇航事業的發展。
當時十分脆弱的中國航空事業也得益於卡門的指點。1929年,卡門路經中國,建議在清華大學開設航空課程。抗戰爆發後,清華大學創辦航空係,卡門派他的弟子、航空技術專家沃登道夫來華擔任該係的科學顧問。
卡門在加州理工學院時期,還培養了一批出色的中國科學家,他們之中有眾人熟知的錢學森、郭永懷、錢偉長,以及美籍華人林家翹等。其中錢學森在30年代末期火箭技術還處於摸索階段就與其他幾位年輕科學家看到了這一技術的發展遠景,成立了一個名叫“火箭俱樂部”的研究小組。這一小組後來發展為加州理工學院噴氣推進實驗室,成為全世界火箭噴氣技術的一大中心。
卡門在漫長的科學生涯中,對流體力學、空氣動力學,尤其是以此為基礎的航空技術貢獻卓著。他不僅是宇航工業技術的研製者,更是國際航天事業的組織者,他同時涉足理論和應用科學兩大領域。直到70歲時,卡門還集中精力研究一門他所生疏的學科——燃燒學,他把燃燒化學與流體力學結合起來,奠定了現代燃燒理論的基礎。
7.泡利不相容原理的發現
1900年4月25日,伏爾夫崗·泡利(1900~1958)生於奧地利首都維也納。他的父親做過醫生,是一個有名的學者,後來擔任維也納大學膠體化學教授。泡利出生後接受過天主教的洗禮,教父是物理學家和哲學評論家厄恩斯特·馬赫,因此泡利自幼就受到了良好的科學環境的熏陶。他在念小學時,學習成績始終名列前茅。上中學後,課堂教學已經滿足不了他的需要,他廣泛閱讀課外書籍,尤其喜歡自然科學。
中學快畢業時他得知,愛因斯坦發表了廣義相對論,這在當時是一門嶄新的學科,是物理學的前沿。他對此表現了極大興趣,甚至在課堂上也在偷偷地閱讀。他那時已掌握了高等數學,所以讀過愛因斯坦的著作後,他感到眼中的翳障突然消失,一下子對廣義相對論能夠心領神會了。
中學畢業後,泡利決定攻讀理論物理學。他進了慕尼黑大學,跟隨良師益友索末菲。索氏當時在德國以至世界上都可以算得上一位最有聲望的理論物理學導師,許多傑出的科學家,包括海森堡、貝蒂在內都出自他的門下。
在這裏,泡利在索末菲教授的指導下,他的理論分析技術更臻成熟,他的非凡才華得以顯露。在為《數學百科全書》撰寫相對論綜述之前,盡管泡利當時還不到20歲,可是已經發表過好幾篇相對論的論文了,因此深得索末菲的賞識。
1921年,泡利以論文《論氫分子的模型》取得博士學位,從慕尼黑大學畢業。他的論文被認為是對於玻爾-索末菲量子理論應用問題的卓有見地的文章。
1922年,泡利離開慕尼黑大學,來到哥廷根大學——當時由玻恩和弗蘭克領導的世界理論物理研究中心,擔當玻恩的助手。在此期間,他結識了尼爾斯·玻爾。一學期後,他接受了玻爾的邀請,來到了哥本哈根理論物理研究所工作。這裏自由的學術空氣和討論方式,加之名師的指導,使泡利學到了科學的思維方法,鍛煉了純熟的數學技巧,彌補了他不擅長實驗、動手能力不足的弱點。此後不久,他又去了漢堡大學擔任編外講師。