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天将破晓时,冯·卡门看到了从机场南端推过来的“瓦赞”(Voisin)飞机。亨利·法曼钻进藏在固定机身的金属网后面的驾驶舱,螺旋桨开始转动,引擎轰鸣,飞机升入空中,在飞机场上空绕圈飞行。观众们都惊呆了。在此之前,他们只从报纸上看到过关于莱特兄弟发明飞机的报道,但却从来没有亲眼目睹过。他们甚至怀疑这件事是否是真的。对于许多欧洲人来说,这次试飞是让他们相信空中飞行确属可能的第一个确切证据。
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冯·卡门为这次飞行所深深震撼,他决定在这一领域深入研究。在巴黎,他拜会了许多飞机制造商,讨论如何设计更轻巧但马力更强劲的发动机。这些讨论并没能得出任何实质性的结果,但冯·卡门却希望能够就此深入地研究航空学问题。接下来,当普朗特写信给冯·卡门,邀请他在哥廷根大学新建的风洞实验室担任助理时,冯·卡门兴奋不已,一口答应。他于这年秋天再度回到德国,很快就完成了一篇预言飞行对未来经济的重大意义的论文。
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在接下来的4年中,冯·卡门一直担任普朗特的无薪讲师。在此期间,这个年轻的匈牙利人完成了多项最重要的空气动力学研究。1911年,他通过数学分析的方法发现,当飞机穿过气流时,机身两侧会形成两股平行的涡流,而这会产生空气动力学上的阻力。这种现象此后被命名为“卡门涡街”(Kármán Vortex Street)。未来的几十年中,它被广泛用于解释潜水艇、无线电发射塔、电线的振荡问题,甚至帮助人们找出了华盛顿州一座大桥倒塌的原因。
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尽管声名鹊起,冯·卡门在哥廷根大学却看不到任何被提升的希望。他开始看到,作为一个存在本质缺陷的教育体系的一部分,学校中裙带之风盛行,争权夺利的例子比比皆是。正教授和其他人在待遇和地位上的差距过于悬殊。当时,上私人课程的学生常常会被收取强制性的听课费,这些钱最后都落入了授课教授的口袋。因为私人课程和公开课常常无从区分,这便成了一些教授广开财路的不二法门。与此同时,无薪讲师要长时间地工作,却得不到任何工作上的保障,收入也全凭学生们的意愿。冯·卡门有一次尖刻地讽刺道,哥廷根大学的一个历史悠久的传统便是,娶一个教授的女儿是成为学术明星的最佳捷径。
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对自身处境充满怨气的冯·卡门作出了一个几乎自毁前程的决定。他鲁莽地接受了匈牙利一所偏远的大学的全职教授职位。这所学校由财政部而非教育部拨款,而它的主要教育目标是培养采金专家。冯·卡门对采金丝毫不感兴趣,但他非常在意全职教授的待遇。于是,1912年,冯·卡门搬到了小城塞姆茨班亚,开始担任这所大学的应用力学系主任。这里的研究基础设施极不完备,而学生们则因为冯·卡门取代了上一位年复一年使用同一份试卷的教授而怨声载道。为此,冯·卡门请了一年假,重返哥廷根完成自己的研究项目。事实上,他再也不打算回到塞姆茨班亚了。
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回到哥廷根之后,受人爱戴的费利克斯·克莱因将冯·卡门叫到办公室,狠狠训了他一通。他痛斥冯·卡门不该接受一个采矿学院的职位,并向冯·卡门许诺,一旦有好大学的教授职位空出来,他一定为冯·卡门争取。然而,当不久以后慕尼黑大学的一个教授职位真的空出来的时候,却被一位退休教授的女婿所接替。冯·卡门只得退而求其次,接受了亚琛理工学院航空学和力学系的教授职位,并出任亚琛空气动力学研究所主任。
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在亚琛,冯·卡门着手重新设计风洞,招募新的人手,致力于机翼设计的创新理论,并与身兼教授与实业家双重角色的雨果·容克(Hugo Junkers)合作,开创了大学与德国飞机制造企业协作研发生产的先例。这时候,冯·卡门才不过31岁,但却已经找到了自己真正热爱的工作方向并投身于其中。
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1914年7月28日,冯·卡门搬到亚琛刚过一年,奥地利就向塞尔维亚宣战。冯·卡门被奥匈帝国军队征召入伍,担任上尉。冯·卡门的研究工作在接下来的4年中为战争所打断,但是在这些年中,他却也获得了管理庞大预算和监督军事工程的宝贵经验,此外,他还与手握大权的匈牙利、奥地利和德国军官们建立了良好的个人关系。
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4年战争中,冯·卡门一次都没回过家。在此期间,他的父亲不幸逝世。1918年,冯·卡门终于得以返回匈牙利,抚慰他年迈的母亲。这一年晚些时候,奥地利皇帝查理一世在11月间宣布退位,匈牙利议会宣布独立,建立匈牙利共和国。新政府在迈克尔·卡洛伊(Michael Karolyi)伯爵的率领下逐渐向社会主义靠拢,政权最终落入共产党人贝拉·库恩(Bela Kun)的掌控下。共产党人请冯·卡门留在匈牙利,担任教育部副部长。冯·卡门答应了,并将原子物理学和现代生物学等新兴科目引入了匈牙利大学课程设置中去。
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然而,冯·卡门的政治生涯只持续了两个月。1919年8月,罗马尼亚军队入侵匈牙利,贝拉·库恩政府倒台,布达佩斯沦陷。冯·卡门藏身于朋友家中,直到外面形势平静下来,他可以安全离开匈牙利。冯·卡门回到亚琛理工学院,而他的职位居然仍奇迹般地保存着。不过,大学本身已经关闭了长达5年,几乎处于无人问津的状态。冯·卡门巧妙地说服了比利时军队重建亚琛大学航空学实验室,而代价是免费为军官讲授航空学课程。
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1921年前后,冯·卡门的生活逐渐回复正常。他的母亲和妹妹约瑟芬离开匈牙利,住进了冯·卡门在荷兰法尔斯的新家。在这所离亚琛大学不远的房子里,冯·卡门一家经常举行派对。母亲和妹妹替冯·卡门管起了家务和社交活动,让他可以放手进行研究。
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接下来的几年对于冯·卡门来说简直幸福无比。在发表了多篇关于空气动力学阻力、湍流边界层、流体表面摩擦和混沌运动的重要论文之后,他的名气更大了。他与容克和齐柏林(Zeppelin)这样的飞机制造公司签订了相当有利可图的合约。在校园里,因为可以形象生动地描述科学概念——用澡盆里打着转儿流入下水道的洗澡水来解释涡流的概念,或是将惯性比做两只倒吊在滑轮组绳子两端的猴子,因此他讲的课大受欢迎。他可以与来自欧洲各地的学生合作,因为他不仅可以讲一口流利的匈牙利语,还能说意大利语、法语、德语和英语,以及“一点点意第绪语(犹太人的通用语言)——刚够讲笑话的水平”。他很快便成为这些学生科学上的导师和生活上的知交密友。
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然而,到了20世纪20年代中期,超出冯·卡门掌控范围内的事情开始扰乱他的生活。通货膨胀榨干了大学的研究基金,剩下的那点儿钱犹如涓滴之水办不了任何事情。1922年的时候,德国马克与美元的汇率还是400
:1,到了1923年底,就跌到了4.2万亿马克兑1美元。银行请簿记员的时候特意强调要能数清楚到底有多少个零,提款的时候则干脆上秤称重。依赖私人捐助和国家支持的亚琛工业大学入学率骤降。1921至1922学年,数学和物理系只招收到94名学生。到1924至1925学年度,这个数字进一步降到29。
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接下来,1922年,冯·卡门在哥廷根大学的导师路德维希·普朗特受聘前往慕尼黑理工大学担任应用力学系主任。正如大家所预料的,他指定冯·卡门作为自己的接任者,担任哥廷根大学的应用力学研究所主任。鉴于普朗特被公认为欧洲航空学领域最举足轻重的角色,他的推荐无疑是一种殊荣。然而,由于当时“自然科学界弥漫着一股反犹太人的风气”,冯·卡门的任命却遭到了哥廷根大学另外一些教授的反对。斯时,哥廷根大学已经有了4名犹太裔自然科学教授——马克斯·玻恩,詹姆斯·弗兰克,埃德蒙·兰道(Edmund Landau),以及理查德·柯朗,其他教员再也容忍不了更多的犹太教授了。十分明显,普朗特并没有奋起为他的学生辩护,而是采取了中立的态度。冯·卡门最终未能得到任命。
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在接下来的4年里,冯·卡门继续在亚琛执教。直到1926年,他突然收到加州理工学院校董事长罗伯特·密利根(Robert Millikan)发来的电报:“您最早能搭哪一班邮轮前往帕萨迪纳?”这张没头没脑的纸条真的是一封来自美国第二大理工学院的教授聘书吗?不管怎么说,冯·卡门的好奇心被激发起来了。
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1921年,当罗伯特·密利根作为第一位在美国出生的科学家获得诺贝尔奖时,他接受了成为加州理工学院校董事会主席的任命。上任伊始,密利根致力于加强加州理工学院的物理系。到1925年时,他已经作好准备,向第二个目标进军——打造一个世界一流的航空系。密利根向丹尼尔·古根海姆基金会申请了一笔50万美元的拨款,但在这笔钱就位之前,他就已经开始四处搜罗世界顶尖的科学家来担任这个系的系主任。密利根和校董事会成员曾考虑过英国空气动力学家杰弗里·泰勒(Geoffrey Taylor),甚至还有普朗特本人,但是他们最终决定向冯·卡门抛出绣球。1924年,在荷兰召开的第一届国际应用力学大会上,密利根与冯·卡门见了面。
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加州理工学院的保罗·爱泼斯坦(Paul Epstein)教授写信给冯·卡门,邀请他在1926年秋天前往加州理工学院担任顾问。因为没有收到回信,密利根认定,冯·卡门可能已经接受了这个邀请。但事实上,冯·卡门根本就没有收到爱泼斯坦的信,因为他当时正在比利时度假。询问冯·卡门何时扬帆远行,前往美国的电报反而先到了他的手上。
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冯·卡门回电报说,他很愿意到加州理工学院去看看,但需要对方说明一下真正的意图。回复如期而至,于是,这一年晚些时候,他和他的妹妹前往纽约,拜访了住在长岛别墅里的哈里·古根海姆(Harry Guggenheim)。这之后,他坐汽车前往加利福尼亚,来到当时还是一座小镇的帕萨迪纳。冯·卡门参观了加州理工学院,并仔细查看了那里的航空实验设备。当时,航空系只有5名全职教授,因教学理念不同,却分成了两派。强调理论教学的一派以数学家哈里·贝特曼(Harry Bateman)为首,而强调实验方法论一派的代表则是发明家艾伯特·梅里尔。当时,航空系已经开始授予航空学的学士和硕士学位,并与总部设在圣莫尼卡的道格拉斯飞机公司开展合作,由该公司的专业工程师为学生讲授飞行器结构的基本知识。这是个新项目,大家都对其充满期待。
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这个找上门来的邀请让冯·卡门心烦意乱。他的妹妹和母亲强烈反对他更换工作。除了要背井离乡,他母亲对漂洋过海也充满畏惧。然而,在德国发生的几件灰色事件却促使冯·卡门必须尽快作出行动。他的生活已经被这个国家中日益猖獗的反犹太浪潮所波及,学术圈也未能幸免。冯·卡门亲眼见到,他最优秀的一名学生在扣眼里佩着纳粹标志大摇大摆地走进课堂。这之后不久,一名匈牙利研究生受到当地帮会的骚扰。
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种种迹象表明,德国政府正在暗中重整军备。冯·卡门的一个朋友在一场神秘的坠机事件中丧生,看起来军方与之脱不了关系。当交通部警告冯·卡门不要就德国飞机公司使用亚琛大学的风洞进行高速测试一事提出任何质疑时,冯·卡门真正感觉到了另一场战争迫在眉睫。“传闻中的德国非法武装确实存在。”冯·卡门多年以后写道。突然之间,他对未来油然而生一种恐怖的不祥预感。
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冯·卡门依然记得,在哥廷根大学,普朗特曾经如何对他出尔反尔。当他意识到,身为匈牙利犹太人,他将永远无法进入德国学术阶梯的最高层时,他便知道自己已经别无选择。他或许不得不漂洋过海,在一个航空学研究远远落后于德国的国家重新安家立业,但这毕竟给了他一个机会。
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“那些日子充满焦虑,”冯·卡门回忆道,“离开德国的念头仍然让我痛苦,但纳粹在德国夺取政权的速度实在是太快了。”冯·卡门最终决定,辞别故土,向迅猛发展的美国科学界进军。这个决定对于德国来说,意味着一种永远无法弥补的耻辱与损失,但对美国来说,却是一种骄傲和收获。
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1929年12月,冯·卡门和家人离开欧洲大陆,登上一艘开往纽约的邮轮。在这之后的15年中,他再也没有回到过这里。
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一到美国,冯·卡门一家就开始着手寻找合适的住处。他们在帕萨迪纳城南、距离加州理工学院仅有两公里的地方,找到了一座房子。这是一栋西班牙别墅风格的二层小楼,紧邻一条两侧种满了胡椒树的街道,花园和草坪布局略显凌乱,但屋顶和院子里都铺有地砖。没过多久,屋子里就被装饰得像一座博物馆。冯·卡门在会客厅里铺上波斯地毯,陈设着来自中国和日本的屏风,东方情调的坐椅上铺着缎子坐垫,到处摆满来自世界各地的人偶、挂轴、花瓶和奇形怪状的装饰品。楼下的房间被改造成冯·卡门的书房,旁边的一座小木屋则成了堆放他的期刊杂志和书籍的图书馆。在这座房子里,后来举办了无数次派对和聚会,直到几十年之后,加州理工学院的人还对此记忆犹新。
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在这所大学里,冯·卡门从未遇到过他此前亲历的那种德国大学中特有的冷漠和形式主义。加州理工学院没有陈规陋习,令人耳目一新。洛杉矶地区如雨后春笋一般冒出来的新兴飞机制造企业令这里生机勃勃。道格拉斯飞机公司诞生于圣莫尼卡的一座理发店中,海滨小镇圣巴巴拉的两兄弟携手创办了洛克希德(Lockheed)公司。包括联合—伏尔梯(ConsolidatedVultee)、北美(North American)、波音(Boeing)、休斯(Hughes)和寇蒂斯—莱特(Curtiss-Wright)在内的其他一些大公司也被帕萨迪纳宜人的气候吸引过来,这里的天气一年到头都适合飞机试飞。任职于这些公司的本地工程师使用古根海姆实验室的10英尺风洞测试他们用硬木制成的飞机模型,考察飞机在不同风速和高度下的性能表现,然后与教授们讨论改进设计的方法。作为回报,飞机制造公司雇用古根海姆实验室的毕业生,将他们安置在重要的工程师岗位上。不过在几年之内,冯·卡门就将加州理工学院变成了南加州航空活动的神经中枢。
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