数学史 · 中文镜像

数学家传记

西奥多·冯·卡门Theodore von Kármán

出生
1881年5月11日 匈牙利布达佩斯
逝世
1963年5月7日 德国亚琛

西奥多·冯·卡门是一位匈牙利裔数学家、航空航天工程师和物理学家,研究领域为航空学和航天学。

完整传记

西奥多·冯·卡门的父母是Helen Kohn和Mór 冯·卡门,前者来自一个波希米亚显赫家族,后者是一位杰出的哲学与教育学教授。冯·卡门在匈牙利语中的名字是von Skőllőskislaki 冯·卡门 Tódor(Tódor相当于冯·卡门,在匈牙利语中姓氏在名字之前)。冯·卡门在家中由他父亲以前的一名学生辅导,他的早期教育完全由他父亲主导。部分原因是Mór非常严格且强势,但也因为他是教育专家,在自己的儿子身上实践自己的理念。

冯·卡门的三个哥哥在他六岁时就意识到他是一个数学神童,因为他表现出非凡的心算大数能力。然而,Mór担心儿子会变成一个最终表演数学把戏的怪人,坚持让冯·卡门在几年内远离数学,要求他学习地理、历史和文学。冯·卡门九岁时进入布达佩斯的Minta 文理中学(Gymnasium)。他上这所学校绝没有以任何方式逃脱父亲的教育理论,因为这是一所按照他父亲教育最聪明孩子的理念建立的学校。

在冯·卡门于明塔中学完成学业的那一年,他获得了厄特沃什·罗兰奖,成为全匈牙利数学和科学方面最优秀的学生。这似乎是一个开启他数学研究的绝佳位置,而这正是他希望做的,但他的父亲对他另有打算,因此他被引导去布达佩斯的帕拉丁约瑟夫理工学院(后来成为布达佩斯技术大学)学习工程课程。冯·卡门的父亲在他开始工程课程的那一年精神崩溃,但这只使得冯·卡门完全不可能违背父亲的意愿。他于1902年从帕拉丁约瑟夫理工学院毕业,获得机械工程学位,并写了一篇关于The motion of a heavy rod supported on its rounded end by a horizontal plane的学位论文。有趣的是,尽管冯·卡门具有伟大的理论才能,他却不是一个熟练的实验者。虽然说冯·卡门的父亲把他推向了错误的方向有些苛刻,因为他后来取得了如此重大的进展,然而,他的才能始终在工程学的数学方面,而不是实践方面。

毕业后,冯·卡门必须服一年义务兵役,他在奥匈军队中担任炮兵学员。然后,在1903年,他被任命为帕拉丁约瑟夫理工学院的水力学助理,担任该职位三年。但冯·卡门在这些年里还担任了第二个职位,因为他担任一家德国机车制造商的顾问。他此时的研究是关于流体和结构压缩的,具有广泛的应用。特别重要的是他于1906年发表的关于The theory of buckling and compression tests on long slender columns的论文。

1906年,他获得了匈牙利科学院的两年奖学金,离开布达佩斯前往哥廷根学习,在那里他深受菲利克斯·克莱因大卫·希尔伯特和路德维希·普朗特的影响。他于1908年3月短暂访问巴黎,在那里观看了一些开创性的飞行,这使他的兴趣转向将数学应用于航空学。他的研究现在涉及大型结构屈曲的数学模型,使用通过武器制造商克虏伯捐赠给哥廷根的大型液压机实验获得的数据。由于这项研究,冯·卡门于1908年获得博士学位,同年他接受了哥廷根的privatdocent职位。

随着哥廷根为齐柏林飞艇公司建造风洞,他对航空学的兴趣现在有了真正成为研究课题的机会。1911年,利用风洞的结果,他分析了流体流动中扁平体后面的交替双排涡旋,现在被称为冯·卡门涡街。这个名字来源于涡旋在双排两侧的位置交替的方式,其排列类似于街道两侧的路灯。然而,这并不是他这一时期唯一的研究课题,因为他还与马克斯·玻恩合作研究了振动原子。他们的工作研究了晶格动力学,其中他们将晶体的自由度与整个身体的正常振动模式等同起来。他们在这项重要研究中使用了三维傅里叶分析和周期性边界条件。

1912年,冯·卡门认为他在哥廷根的晋升前景不佳,因此他接受了斯洛伐克谢姆尼茨矿业学院(今天该镇称为班斯卡什佳夫尼察)的应用力学讲席。这很快被证明是一个判断错误,因为该学院设备不佳,也没有活跃的研究人员。他在那里教了一个学期后离开,回到哥廷根。1913年2月,冯·卡门接受了德国亚琛航空研究所所长的职位,以及亚琛技术大学的航空学和力学讲席。他开始在那里建立强大的研究团队,并对设备进行了重大改进,包括一个风洞。他开始进行飞机设计的理论工作,让学生和同事通过实验工作测试他的设计的有效性。

1914年第一次世界大战爆发,冯·卡门被征召入奥匈帝国军队服役,作为其战时工作的一部分,他从事军用飞机设计以及一种改进的直升机设计。1918年战争结束时,冯·卡门正在匈牙利工作,他留在那里试图改进当地的科学教学。然而,当时匈牙利的政治局势极其困难,该国于1918年11月16日宣布从奥地利独立。周边国家利用这一局势,塞尔维亚、捷克和罗马尼亚军队出动占领了该国部分地区。政治局势使任何教育改革都变得不可能,因此1919年冯·卡门回到了他在亚琛的先前职位。在德国主要飞机制造商的资助下,他开始了一项密集的研究计划,研究流体阻力、湍流和升力,所有这些都旨在改进飞机设计[1]:-

……几乎没有意识到他正在为一个新的德国空军,即第二次世界大战的德国空军(Luftwaffe)奠定基础。

冯·卡门于1926年应加州理工学院院长邀请访问美国,就风洞设计提供建议。到1928年,他每年在加州理工学院待六个月,在亚琛待六个月,然后1930年他被邀请担任加州理工学院航空实验室的全职主任。尽管他热爱亚琛,但德国的政治事件,特别是日益高涨的反犹主义,促使他接受了这一职位。他的母亲和妹妹随他去了加利福尼亚。冯·卡门从未结婚,他的母亲,后来是他的妹妹,为他照料家务。加州理工学院院长要求他把航空实验室[4]:-

……一个把美国航空工业吸引到南加州、并使该校在航空学领域取得全国领先地位的载体。

1933年,他创立了美国航空科学研究所,继续研究流体力学、湍流理论和超音速飞行。他研究数学在工程、飞机结构和土壤侵蚀中的应用。他的工作转向火箭研究,当德国在第二次世界大战期间被认为已研制出用于军事目的的火箭时,美国政府投入巨资进行火箭研究。1944年11月,这笔资金被用于在加州理工学院建立喷气推进实验室,由冯·卡门担任主任。该实验室后来对太空计划作出了重大贡献。

1949年,他辞去了两个主任职位,成为加州理工学院荣休教授。他仍然非常积极地向美国空军和北约提供建议,并在国际航空学会议上发挥了重要作用。

冯·卡门因其杰出贡献获得了许多荣誉。他于1946年获得美国功绩勋章,1948年获得富兰克林金奖,并于1963年成为首位获得国家科学奖章的人。他还获得了来自法国、梵蒂冈、德国、希腊、英国、西班牙和荷兰的荣誉。

关于他的性格,[2]中描述道:-

……一位令人愉快而机智的伙伴,对广泛的朋友圈忠诚。

在[1]中,他的贡献被总结如下:-

尽管他有许多公共活动,但他从未像许多发明家那样成为伟大的公众人物,也许是因为理论空气动力学对门外汉来说不是一个很容易进入的领域;尽管如此,他在该领域和火箭研究方面的工作帮助塑造了科学和政治历史。

人们有理由问,冯·卡门在就军事事务为许多国家提供建议后,如何看待自己的忠诚[1]:

冯·卡门对自己与军事当局的终身联系毫不掩饰,先是在奥匈帝国,然后在德国,最后是在美国和北约。他的观点是早期工程师的观点,即一旦他设法“提供对如果做了某些事情会发生什么的分析”,就可以被认为已经偿还了对社会的债务;他认为“科学家作为一个群体不应试图强迫甚至说服政府遵循他们的决定”。

参考文献

正文里的方括号编号指向这里,悬停即可直接看到条目。书目保留原文——译了书名反而查不到文献。

延伸资源

原站列出的延伸阅读与外部数据库,照原样保留,目标多为英文页面。

相关专题

原站的交叉引用。指向本站已镜像专题的留在站内,其余仍指回原站。