科学奇才的自画像

王时芬

有一个广为流传的故事：某工厂设备不能正常工作，费了很大劲也找不到原因，只能请工程师来维修，老板讲好出一万美金作为奖励。工程师经过检查后诊断是电机的线圈有问题，于是在有问题的地方用粉笔画了一条线，要求打开电机在这里去掉16匝即可。按他的要求做机器果然修好了，工程师得到了一万美金的奖励。有人不服，说您仅仅画了一条线就收一万元，未免要价太高。工程师听后笑着回应说：画一条线只值1美元，而知道在哪儿画却值9999美元。

这个故事真有所本。故事中的工程师就是大名鼎鼎的匈牙利裔美国科学家冯·卡门（1881—1963）。早年他在德国亚琛工学院执教时，有个小工具厂老板来向他求教。厂里有台机床，一开动就激烈震动，大有震垮的危险，谁也查不出毛病何在。因此，老板想请他这位杰出的教授先生来“诊治”一下。冯·卡门到那里只花了几分钟时间就找出症结所在。他建议把一只齿轮转过90度重新安装。这么一来，震动就奇迹般地消失了。当时老板欣喜异常。可是，过了几天他又来找冯·卡门了，抱怨道：“就把一只齿轮转了90度，怎能要那么多钱？”“好吧，”冯·卡门回答说，“你把那只齿轮再转回去，我就把账单撕掉。”

现在知道冯·卡门的人不多了，但要说起他就是钱学森、郭永怀、林家翘等华人科学大师的博士生导师，也是钱伟长在加州理工学院做博士后的导师，许多中国人还是会有极大的兴趣探究一下冯·卡门究竟是怎样的人物。

复旦大学出版社出版的《西奥多·冯·卡门——航空航天时代的科学奇才》（冯·卡门、李·爱特生著，曹开成译）是冯·卡门的自传。爱特生是《华盛顿晚邮报》的科学新闻记者。1957年他因采访冯·卡门而与这位科学巨匠相识、相知。后来，冯·卡门问他有无兴趣帮助他写一本自传。此后，冯·卡门有空时就口述他那丰富多彩的生涯和波澜壮阔的科学发展历程，由爱特生记录、整理、润色，再经冯·卡门审读修改。可惜冯·卡门去世时全书只完成四分之三，后由爱特生根据冯·卡门遗留下的材料最后整理完成。

西奥多·冯·卡门是匈牙利犹太人，出生于布达佩斯的一个哲学家、教育家家庭。其父知识渊博，有着先进的教育理念，毕生致力于匈牙利的教育现代化改革。他刚正不阿，揭露、批判奥匈帝国的保守、虚伪的教育官僚，受到官僚们的压制、打击。

老卡门的教育理念对儿子有着相当大的影响。冯·卡门是个神童，6岁时就能做几万乘以几十万的心算，到他家做客的人一直要他表演。但老卡门对儿子的天赋并未沾沾自喜，他并不相信在某方面“赢在起跑线上”的超常儿童长大后更容易成才。在客人散去后，他要求孩子多学点其他知识，不要满足于这种“小聪明”。他甚至不让冯·卡门过早学习数学，而是让他学习地理、历史、诗歌和外语。冯·卡门十几岁才开始学习数学，这并未妨碍他成为数学水平很高的流体力学家。回顾自己的成才经历，冯·卡门总对父亲感激不已。“我一生崇尚人文主义的文明，这跟他让我童年时代就摆脱数字游戏是分不开的。”

冯·卡门在匈牙利的皇家约瑟夫大学接受高等教育。那所大学是由技工学校升格的，教学注重实践、轻视理论，与其父亲推崇的以数学和逻辑为基础的教学法完全不同。他父亲说过，教师向学生传授思想方法比具体讲解机器造法更重要。他还说：“真正的思考比耍小聪明要高超得多。你必须不断充实自己的头脑；如果光运用而不充实，至多不过是个半瓶醋，到头来将一事无成。”冯·卡门自己也意识到搞科学理论和逻辑思维才是他的真正事业。正是父亲的教导为冯·卡门日后的非凡成就指明了正确的方向，于是，在大学毕业后服了兵役、做了几年助教后，冯·卡门争取到了前往当时世界科技最发达的德国深造的机会。

在哥廷根大学学习和亚琛工学院工作，是冯·卡门日后成为世界顶级科学家的关键一步。他在哥廷根大学受到普朗特尔、希尔伯特、克莱因、龙格、能斯脱等科学大师的熏陶，同学中也有后来的诺贝尔奖得主玻恩等天才，这样的师生阵容，足以让任何一个立志投身于科学研究的人羡慕。在哥廷根攻读两年后他又去巴黎大学学习。有一次，他陪友人观看欧洲首次两公里飞行表演，人类想凭借机械力量飞翔的理想引起了他的极大兴趣。于是他开始研究空气动力学。

回头看，20世纪上半叶取得的任何一项流体力学的重大成就，都有冯·卡门辛苦工作的身影，但事实上这些成就的取得并非一帆风顺。起初，人类还没有进入航空时代，物理学研究的对象相对静止。传统上人们都认为技术远比理论重要，工程师远比科学家重要。只要凭经验把机械做大做精，世界就能进步，而理论只是利用公式在玩智力游戏。冯·卡门则坚持理论与实践相结合，没有理论指导的技术注定走不远。基础理论研究并非可有可无，而是对技术的引领，只有基础理论研究取得突破，技术进步才有了保证。这种超前的观点，开始时必然不受重视。20世纪初，随着爱因斯坦相对论的提出和莱特兄弟飞机试飞的成功，才使科学界认识到静态的牛顿物理学不够用了，基础研究要有新的突破。馮·卡门在空气动力学上大显身手的时机到了。

作为基础理论科学家，冯·卡门揭示了有关大气和作用在飞行器上难以想象的力、气流、涡流的种种奥秘。这些理论研究，使得人类航空史上引人注目的里程碑，如齐柏林飞艇、风洞、滑翔机、超音速喷气式飞机、导弹、人造卫星和探空火箭成为可能。美国空军和冯·卡门的关系十分密切。一开始，空军不重视科学家的作用，认为他们对作战和训练一窍不通。但冯·卡门的智慧和研究，使他赢得了空军的尊重，美国空军也成长为一支科研领先、技术先进的强大力量。

由于坚持理论与实践相结合的方向，冯·卡门的理论在许多领域都得到了广泛运用，比如加州的引水工程、汽轮机的效率、防风林的疏密、防止水坝开裂、巨型桥梁的抗风、沙漠的治理等。

理论与实践相结合的理念，也使冯·卡门成为最值得人们怀念的教师。他在德国亚琛工学院和美国加州理工学院任教期间，大力推行工程教育改革，培养了两代雄踞于科学技术的先驱领域的科学家和工程师，为航空和航天事业奠定了坚实的科学基础。他的学生遍及五大洲，包括中国的“两弹一星”功臣钱学森、郭永怀等肩负着全世界外层空间技术领导工作的杰出人才。

冯·卡门喜欢与富翁、名流和权贵们交往。由于家庭背景和自身的成就，他在匈牙利和亚琛时，是当地的显贵和阔人社交圈的常客，人们喜欢听他的高谈阔论。到美国后，企业家、军界领袖、科学家都竭力想与他交朋友，以听取他的见解。然而，冯·卡门绝不是个势利小人，他也与那些名声不那么显赫或不那么有钱的人交往。

特别值得仰慕的是冯·卡门和与他同时代的科学巨匠都是好朋友。他的朋友圈是不折不扣的20世纪科学大师的名人圈。除了前面提到的他在德国的师友外，他还曾和玻尔深入交流过和平利用核能的设想；和费米探究过大批天才会同时在世界各地涌现的原因；还和爱因斯坦多次促膝长谈，谈得最多的是科学对人类社会的意义。

冯·卡门的师友学生中不世出的天才实在是太多了。尽管如此，他仍认为钱学森是他们中的佼佼者。因此，他的自传中专门用了一章来写钱学森。

钱学森在麻省理工学院获得硕士学位后，慕名到加州理工学院来找冯·卡门，希望他能成为自己的博士生导师。冯·卡门对第一次见到钱学森的情景有生动的描述：

1936年，有一天他来找我，就自己进一步深造问题征询我的意见。这是我们初次会面。我抬起头来对面前这个身材不高、神情严肃的青年打量了一下，然后向他提了几个问题。所有问题他回答得都异常正确。顷刻之间，我就为他的才思敏捷所打动，接着我建议他到加州理工学院来继续攻读。

书中冯·卡门还不惜篇幅赞扬了钱学森的才华和工作成绩。这对向来信奉歌德的名言“只有庸人才是谦谦君子”的冯·卡门来说，几乎是绝无仅有的：

开初，他（钱学森）跟我一起研究一些数学问题。我发觉他想象力非常丰富，既富有数学才华，又具备将自然现象化为物理模型的高超能力，并且能把两者有效地结合起来。他还是个年青学生时，已经在不少艰深的命题上协助我廓清了一些概念。我感到这种天资是少见的，因此，我俩便成了亲密的同事。

钱来校后不久，就引起了加州理工学院其他教授的重视。我记得杰出的理论物理学家保罗·爱泼斯坦教授有一次对我说：“您的学生钱学森在我任教的一个班级里。他才华出众。”

……

到了1938年，我们在火箭方面已经取得一些可喜的成果。马利纳和钱学森对火箭发动机的热力学特性作了理论分析，他们发射了一些自制的小火箭，对理论研究的一些结论进行验证。

……

钱学森是1945年我向美国空军科学顾问团推荐的专家之一，当时他已是美国顶尖的火箭专家之一了。

钱是加州理工学院的火箭小组元老，第二次世界大战中为美国的火箭研制作出过重大贡献。他36岁时已经是一位公认的天才，他的研究工作大大地推动了高速空气动力学和喷气推进技术的发展。我有鉴于此，才举荐他为空军科学顾问团成员。

1947年2月，我非常乐意地推荐他为麻省理工学院的终身教授。钱返回麻省理工学院后，在麻省理工学院执教了两年左右，又返回加州理工学院，担任喷气推进戈达德讲座教授，兼任古根海姆喷气推进研究中心主任。

后来钱学森受麦卡锡主义迫害的故事已经广为人知，但不太为人所知的是，在钱学森被联邦调查局关押和限制行动时，冯·卡门曾利用自己在美国的声望和在政府中的关系上下运动，想为钱学森所受的冤屈辩白。但美国移民局对受麦卡锡主义者怀疑的人态度非常专横，使冯·卡门的努力无济于事。冯·卡门在书中直言麦卡锡主义搞得过火了。他还赞赏钱学森面对迫害的高傲态度，不屑于去向麦卡锡主义者自证清白。他说：“如果是我，也会那么做的。”

冯·卡门一生活跃在顶级科学研究的前沿，取得了无数改变人类生活的划时代成果。他对如何促进科学研究的发展有着真知灼见。他提倡学府要聚集一些古怪而独立不羁的学者；要容忍一些看上去胡思乱想、荒诞不经的观点，不能要求人人都循规蹈矩。现在广泛运用的科学成就，在20世纪初被大多数科学家认为是不可能实现的幻想，比如人类不可能靠人造器械实现长途飞行、飞机速度不可能突破音障、无法控制火箭燃料的燃烧速度因此不可能把卫星送入太空，等等。

现代的科学研究项目庞大，必须采取集体合作才得以进行。但集体工作重要，个人单干也重要，不能抹杀个人单干的作用。冯·卡门还认为，划时代的科学成果往往是科学家个人灵感的结果，不是集体研究的成果。他并非对集体合作一概排斥，只是反对科研部门过分衙门化。他认为有组织、按合同和定向研究，对开拓性科研工作收效不大。搞这类研究，最好还是多创造一些研究气氛，多提供一些必要条件。

在冯·卡门提交给空军的展望未来报告《走向新视野》中，他指出，研究工作最好不要由政府一手包揽，因为包揽的办法使科研经费的分配有缺陷。这样做把太多的权力放在一个人或一个机构的手中，对研发的进展不利。如果只有一个来源，而你和那个来源没有良好的个人关系，那么你就什么事情也做不成。

冯·卡门对促进科学研究的这些经验之谈，对目前中国的科学界是否有借鉴呢？

自传的最后部分，冯·卡门对身后航天科学如何改变世界、造福人类做了预测：

接下来的几十年，航天科学将是一块造福人类的沃土。天文学、气象学和通讯通信技术会有很多惊人的发展。在天文学方面，从地球轨道实验室进行观测，能更加精确地测定恒星和行星之间的距离以及外层空间的状态。

在气象学上，由于星际气体、太阳风和空间电磁场密度方面的知识逐渐增加，我们也许能够精确洞察它们对地球气候（如飓风的形成）的影响。运用气象卫星确实有可能发现大气现象的规律，从而使气象学真正成为一门符合逻辑的科学。

从航天技术最早得到好处的将是远距离通信。我认为，在今后数年内，远距离通信会不断取得巨大进展。运用现有技术就能发射一系列人造卫星，用于解决全世界通信问题；最佳方案是发射几颗运转周期为24小时的人造卫星，跟地球同步运转。其优点是，任何时候都有一颗人造卫星停留在天空中一个固定位置上。

当然，所有这些发展都不会发生，除非有一个友好的世界來接受它们。

对比上述科学的现状，读者们是否会不得不为冯·卡门那深刻的洞察力所折服呢？

这本30万字的《西奥多·冯·卡门——航空航天时代的科学奇才》是一个20世纪最伟大的科学奇才之一的自传，但它并不是对艰深、专业的空气动力学知识的解读。相反，里面基本上不涉及专业知识。作者在写作时就将这本书定位在“要让公众了解那些喷气式飞机、其他飞行器和火箭的创造者们的人生经历，要揭示出从事这方面探索研究的科学家的内心思想”，这个目标是很好地达到了。

书中有许多名人逸事，妙趣横生；也涉及诸如“计算机之父”冯·诺依曼的早年趣事，著名智库“兰德公司”的来龙去脉等。加上译者文笔流畅，即使是不具备相关领域知识的读者，也可利用“碎片时间”轻松愉快地读完本书，从而获得极简的20世纪航空发展史的知识。