二十世纪之光　　新世纪科学革命
　
　　一位伟大的犹太人
　　几乎在量子力学对牛顿经典物理学的革命的同时，物理学界还发生了一场惊心动魄的对经典物理学的叛逆，这就是爱因斯坦的相对论。
　　相对论不仅仅是一条物理学理论，引发了古老物理学的一场大地震，而且改变了人们认识我们所赖以生存的这个世界的思想观念和思维方式，对开创物理学乃至整个人类文明的新纪元都产生了巨大的影响。
　　爱因斯坦的一生，是充满戏剧性的一生，当他还活在人世间的时候，他就已经被认为是人类历史上最富有创造性才智的人。
　　然而，面对人类社会中一些极其可怕的事件的侵袭，他不得不自叹无力回天，他只能承认自己是一位孤独的旅客，他的心灵同宇宙一道遨游。
　　他的名声如雷灌耳，这使得他所发出的呼声能发生重大的影响，他以此来支持诸如和平主义、自由主义和犹太复国主义之类的事业。
　　他的著名的能量——质量方程公式（说一个粒子可以转化为巨量的能），由于制造出破坏性空前强大的武器原子弹和氢弹，而得到惊心动魄地证实，这是命运对他的极大的嘲弄。
　　1879年3月14日，这位伟大的物理学家，出生在德国的一个犹太人家庭。
　　他的父亲和叔叔一起开了一家制造电器设备的小工厂，母亲是个颇有造诣的钢琴家。
　　小时候的爱因斯坦一点也看不出来有什么天才，到3岁的时候，还不会讲话。6岁上学，在学校里成绩非常差，一上课就是被批评的对象，老师还说他永远也不会有什么大的出息。大家一致认为他是一个天生的笨蛋。
　　后来，小爱因斯坦听妈妈的话，开始拉小提琴，在妈妈的精心指导下，他后来竟成了有造诣的小提琴家，尽管他没有成为职业演奏家，但那把心爱的小提琴，整整陪伴了他的一生。
　　爱因斯坦在12岁的时候，就已经决定献身于解决“那广漠无垠的宇宙”之谜。15岁那一年，由于历史、地理和语言等都没有考及格，也因为他的无礼态度破坏了秩序和纪律，他被学校开除。
　　由于没有拿到毕业证书，他进不了大学。17岁的时候，在一位亲戚的资助下，他才考进了苏黎士工业专门学校。
　　在这所学校里，他把自己全部的时间精力都用于物理实验，研究理论物理学和哲学问题。即使是学习物理学，他也是走自己的路，进行自己的思考，而从不盲从。这为他日后从事理论物理研究打下了坚实的基础。
　　可是，对于爱因斯坦来说，残酷的现实却是毕业就等于失业，正像他自己所说的那样：“突然被所有的人遗弃了，手足无措地面临着人生。”没有人愿意给他一份工作做。
　　为了能够活下去，他艰苦地奔波忙碌着，代课，给人家做家教…贫穷只能使人饿死，却不能把人吓死，他没有中断自己心爱的物理学研究活动。
　　后来，他想了很多办法，托关系找后门，终于在伯尔尼瑞士专利局当了一名审查员。生活这才开始有了保障。1903年，爱因斯坦同他在大学时的情人米列瓦·玛丽倚结了婚。
　　婚礼举行完了以后，新婚夫妇进不了新房，只能在房门口站着，因为新郎忘记带钥匙了。那时，虽然日子过得很清苦，有时一连几个星期都吃不上一顿荤菜，但爱因斯坦觉得那是自己一生中最幸福最有收获的岁月。
　　1905年初，爱因斯坦在《物理学》杂志上连续发表了五篇论文，这些论文中所提出来的观点永远改变了人类的宇宙观。
　　在《关于光的产生和转化的一个启发性观点》一文中，爱因斯坦假定光是由单个的量子（后来称为光子）组成的，这种光子，除了波状行为外，还显示出某些只是粒子才有的性质。
　　于是，爱因斯坦把光的理论革命化了，而且解释了一些现象，其中就有一种叫做光电效应，即某些固体受到光的冲击而发射出电子的现象。
　　爱因斯坦始终没有停止对事业的执著追求，每天下班一回到自己住在顶楼的家，就立即坐在桌边，面前放着一堆乱纸，他右手拿着一本书，左手耐心地摇着一辆童车，那时，他们的儿子已经来到这个令人欢喜令人忧的世界了。
　　有时候孩子尿尿了或者肚子饿了，发出震耳欲聋的哭声，爱因斯坦才中断看书，把孩子服侍好，又全身心投入到迷人质的物理世界。
　　小房间里散布着一股廉价雪茄发出的烟味，墙角处有一个陈旧破烂的炉子，过道上挂着还在滴水的湿衣服，为了降低屋内湿度和调节空气，房门敞开着。
　　爱因斯坦当时作为一个“小人物”，其日常生活的琐碎平庸，同他生活中的另外一方面，即科学成就的重要与伟大，恰好形成鲜明的对照，而正是这种强烈的反差。才使他那小人物的生活显得越发重要。
　　这位天才平淡无奇的生活使他成了一个传奇式的人物。
　　一条灯芯绒灯笼裤，从来不喜欢穿短袜子，一把小提琴，一副学者式的心不在焉，还有一张伸出舌头的照片，这一切使他那高深莫测的理论洋溢着浓浓的人情味，因而得以广泛地传播开来。
　　狭义相对论的诞生
　　爱因斯坦的狭义相对论从根本上改变了作为人类思考基本要素的时间和空间的陈旧概念，它认为，如果对于一切参照系，光速是不变的，而且一切自然规律都是相同的，那么可以发现，时间和空间都是相对于观察者的。
　　狭义相对论起源于爱因斯坦16岁时写的一篇论义。即《关于磁场中的以太的研究现状》。
　　“以太”这个源于希腊文，即空气的上层之意的名词，是亚里斯多德所设想的与构成地球万物的水、土、火、气四元素不同的构成神灵世界的一种轻元素。
　　到19世纪末期，万有引力被发现以后，复活了亚里斯多德关于“以太”的设想，说“以太”是宇宙真空中引力的传播介质，从此，“以太”被引入物理学，而且被说成是“光波”和电磁波的传播媒介。
　　爱因斯坦却没有盲目地跟在牛顿后面，为牛顿喝彩，在儿子的摇篮边，为了研究“以太”究竟是存在还是不存在，“以太”到底是什么，他不知度过了多少个不眠之夜，他一边大胆地假设，一边小心地求证，狭义相对论终于问世了。
　　爱因斯坦研究了光在“以太”中的传播问题，大胆地否定了“以太”的存在。
　　爱因斯坦认为关于时间是不断流动延续，空间是广阔无边，物体的存在与运动对此一点影响也没有的观点是毫无道理的，这就从根本上动摇了牛顿的信仰。
　　爱因斯坦认为，时间、空间、物体、运动是不可分割的统一整体，物体的运动变化，不但影响空间的大小存在，而且也影响时间的流动过程。
　　最明显的例证是在物体运动速度充分大时，时钟会显示变慢，物体会沿运动方向缩小尺寸。在过去，牛顿的万有引力定律对于计算围绕太阳公转的行星，如水星、金星、地球、火星等的运行轨道及人造地球卫星的运动轨道也卓有成效。
　　它甚至可以分秒不差地预报百余年后在地球上某处能够看到的日全食或月全食的时间，许多人对这条万有引力定律奉若神明，把它讴歌成整个宇宙的绝对真理。
　　但是相对论阐明了：牛顿的运动定律只有在物体运动速度远比光速低的场合下才适用，万有引力定律也只有在强度弱的场所才成立。
　　就这样，相对论把这些定律从宇宙的绝对真理的宝座上拉了下来，证明它们无非是相对真理而已。
　　对牛顿的经典物理学进行了全盘的否定之后，爱因斯坦提出了全新的时间空间和运动概念，并经过复杂的数学推导和运算，最终导出了一系列重要的狭义相对论结论。
　　当爱因斯坦发表狭义相对论的观点时，年仅26岁。一个年仅26岁的年轻人，竟然把支配物理科学200年之久的牛顿物理学大厦给彻底摧毁了，整个世界为之哗然、愕然！
　　广义相对论问世
　　1912年冬天，当第一场瑞雪普降人间的时候，大地白茫茫的一片好干净，天与地之间一片澄明，人们纷纷来到雪地里堆雪人、打雪仗。
　　爱因斯坦踏着地上的积雪，口里哼着一曲古老的歌谣，又回到了苏黎士
　　（瑞士）联邦工业大学。从这时起，他有了一笔丰厚而稳定的收人，生活得非常幸福美满，对自己的婚姻也觉得很满意。
　　然而好景不长，1914年4月，爱因斯坦又把家搬到柏林，在那里，爱因斯坦接受了普鲁士科学院的一个职位。那年夏天，他的妻子和两个儿子在瑞士度假，由于一次大战的爆发而不能返回柏林，几年之后，这一被迫性的长期的两地分居导致了离婚。
　　爱因斯坦厌恶战争，他曾利用自己的影响，号召人们同法西斯主义进行坚决的斗争，并不惜代价去阻止罪恶的战争，“他必须准备坐牢，准备经济破产，总之，他必须准备为他的祖国的文明幸福的利益而牺牲他个人的幸福”。他还直言不讳地批判了德国军国主义。
　　但爱因斯坦始终没有忘记自己肩上所担负的神圣的使命，他更加全神贯注地去完成他的广义相对论。
　　为了研究广义相对论，爱因斯坦可真是不要命了，多年以来没有规律的生活，给他的身体造成了巨大的伤害，肝炎和胃病几乎要把他给摧垮了。
　　爱因斯坦以为自己得了癌症，于是，他更加自觉地抓紧一切时间，真是达到了不吃饭不睡觉的地步。
　　为了研究，他把自己关在一间小阁楼里，把门从里面反锁着，不让任何人打扰，只是到了黄昏时分，他才出去放放风。
　　两个星期之后，爱因斯坦面无血色地从小阁楼里走了出来，手里抱着一叠厚厚的文稿，大声地向世界宣布：我研究出来了！就这样，广义相对论诞生了。
　　1916年，在《物理学》杂志上，他发表了《广义相对论的基础》一文。
　　诺贝尔物理奖金获得者马克斯·玻恩把广义相对论看作是“人类关于大自然的思想的最伟大成就，是哲学的深度、物理学的直觉和数学的技巧的最惊人结合”。
　　广义相对论是一种没有引力的新引力理论，是适用于所有参照系的物理定律。
　　广义相对论认为，时间空间与物体运动整体的不可分割性，不但在匀速直线运动情况下存在，而且在有加速度运动的情况下，也同样存在。
　　爱因斯坦还进一步指出，加速度运动与引力场 （重力场）引起的运动就是一回事，是等价的或等效的。这就推广了相对论的基本内容。
　　根据等效原理，引力可以等效为加速系统中的惯性力。引力可以被一个加速系统完全抵消，引力也可以用一个加速系统体现出来。
　　这样，爱因斯坦就把引力进一步归结为由加速系统所体现出的时空几何特征。不同的加速系统就有不同的时空几何特征，则就代表不同的引力场。
　　所以，爱因斯坦的广义相对论又把引力与时间空间的几何特征联系起来了。所谓几何特征，那就是时间、空间距离的测量，时空的弯曲性质等。
　　那么，引力究竟是什么呢？引力就是时空的弯曲，在广义相对论中引力的本质就是时空弯曲，引力本身已不存在。
　　比方说，有两个质量很大的钢球，由于受万有引力而相互吸引，相互接近，这是牛顿的看法。
　　爱因斯坦的广义相对论则并不认为两个钢球间存在吸引力，它们之所以接近，是由于时空好像一张原来拉平的膜，现在两个钢球太重使这张膜压弯了，这时两个钢球是由于沿弯曲的膜滚到一起，即由于时空弯曲而沿短程线运动。可见二者是根本不同的引力理论。
　　爱因斯坦认识到，我们所生存的具有长、宽、高三个方位的空间和一直流动延续下去的时间，结合在一起成为四维时空的整个宇宙是弯曲而有曲率的。
　　爱因斯坦从广义相对论出发，作了一些伟大的科学预言，有的已经被观测所证实，比如水星近日星的进动，光谱线的引力红移和引力场中光的弯曲。
　　水星是我们所知道的离太阳最近的行星，它每绕太阳公转一周，离太阳最近那一点的位置就有些改变，这种现象称作水星近日星的进动。爱因斯坦根据广义相对论解释了当时人们不能圆满解释的这种现象。
　　爱因斯坦的第二个预言就是，引力场很强的恒星发出的光谱线向红端（波长比较长的一端）推移，l924年，在天文观测中证实了有引力红移现象。
　　其中较容易测量的是星星所发出的光线，从太阳旁边通过变得偏斜弯曲的数据。根据爱因斯坦的计算，可偏斜度为1.75弧秒。
　　据当时天文观测，1919年5月29日，赤道地区将要发生日全食，这正好被利用来观测太阳边缘所射来的星光。广义相对论能否被证实，就要看这一次的观测结果了。
　　全世界的科学家们都在翘首期待着这一天的早日到来。日食那天，观测队拍摄了大量的日食照片，经过对这些照片的显影与分析研究，终于测得光经过太阳附近的弯曲度是1.61到1.98弧秒之间。它与爱因斯坦的计算相差无几。
　　爱因斯坦一直把广义相对论看成是自己一生中最重要的科学成果。确实，广义相对论比狭义相对论包含了更加深刻的思想，这一全新的引力理论，到目前为止，依旧是一个最好的引力理论。
　　当然，在以后的几十年中，由于很少得到新的观测或者实验的检验，同时也由于广义相对论的数学结构过于艰深，广义相对论在差不多半个世纪的时间里受到了冷落。
　　本世纪60年代以后，广义相对论又重新散发出其特有的芬芳。
　　由于大口径的光学望远镜和射电望远镜的发展，陆续发现了一些新天体，那里存在着很强的引力场。而广义相对论正是进行这方面研究的重要工具，它曾经预言过有引力波。
　　引力是从牛顿时代就已经为人们所广泛了解的，而引力波就不同了。这同人们很早就知道带电体之间有作用力，但是不等于已经认识到电波的存在一样。
　　直到1978年，人们才从对一个脉冲双星系进行几年观测结果的分析中，找到了引力波存在的间接证据。
　　爱因斯坦还根据广义相对论，提出了关于宇宙的有限无边模型，推动了宇宙学的发展。
　　广义相对论的问世，使爱因斯坦这个名字迅速传遍了全世界。这使爱因斯坦感到不可思议。
　　有一次，他的儿子问他：“爸爸，你怎么会出名的呢？”他先是哈哈大笑，然后作了一个形象、生动、传神的比喻：“儿子，你看，一个盲目的甲壳虫在一个球面上爬行，它没有意识到它走过的路是弯的，而我能意识到。”
　　当爱因斯坦期待着罪恶的战争能早一点结束的时候，他越来越多地卷入到和平运动中去，甚至有好几次到大街上去散发传单。他在给朋友的信中，感慨万千地写道：
　　“古代的耶和华仍然无处不在。哎，他把无辜者和犯罪者一道屠杀，他使那些犯罪者盲目得如此可怕，以致他们竟然不会有犯罪的感觉…我们正在应付一种流行的谬见，这种谬见业已造成无穷的苦难，它有一天将会消失，成为后代子孙惊奇的一种荒谬可怕而又无法理解的源泉。”
　　然而，爱因斯坦对人世间的一些事情却看得过于简单，1918年，德意志共和国宣告成立和实行停战，他就曾十分天真地认为，军国主义在德国已经彻底根除了。

统一场论

　　尽管20年代，对于爱因斯坦的相对论，人们持欢迎的态度，也夹杂着一些恶声臭骂，而爱因斯坦却没有在乎别人是怎么说他的，他仍旧一如既往地走着自己的路，去寻找电磁和引力之间的数学关系。

　　爱因斯坦认为，这是发现掌管从电子到行星宇宙万物运行的共同规律的第一步。

　　爱因斯坦企图寻求一个方程或公式把物质和能的各种普遍性质都联系起来，这就得到了所谓的统一场论。

　　统一场论是爱因斯坦着力攀登的一座高峰，尽管这场攀登从一开始就注定是要失败的。他除了选择的目标比别人高大外，在达到这个目标的征途中，还大刀阔斧地使用了批判的武器。

　　当然，爱因斯坦的批判不是指向个别的科学推论，而是直接牛顿力学的基石，指向绝对的时空观。

　　牛顿力学认为，物质的质量是不随机械运动而变化的，是绝对的；描述物体运动的空间和时间也是脱离物质运动而绝对孤立地存在的；空间就是欧几里得几何学中的三维空间。

　　爱因斯坦认为，我们衡量物体长度的尺子本身是和物体同样处在一个运动的坐标系中，如果用一个固定不变的尺子，是没法衡量一个运动物体的长度的，因此长度所表达的空间不是绝对孤立地存在的，空间是跟运动和物质相联系的。

　　然而，爱因斯坦没有能够完成统一场论，他没有能够把引力理论和电磁理论统一起来。因为迅速发展着的量子理论揭示，单个电子的运动是无法预测的，它在任何时刻的位置和速度都不能以同等精确度来测定，也就是说，亚原子层次的任何物理体系的未来是不能预测的。

　　爱因斯坦完全承认量子力学的辉煌成就，但却拒绝接受认为这些理论是绝对的想法，而坚信他的广义相对论对于未来的发现是更能令人满意的基础。

　　爱因斯坦曾经说过一句话，表明他相信宇宙是精确设计成的：“上帝是难以捉摸的，但不是心怀好意的。”在这一点上，他同绝人多数物理学家没有能够走在一条道上。

　　对此，德国物理学家玻恩曾经作过这样的评价：“我们中间很多人都认为，这无论对他还是对我们都是一出悲剧，他在孤独中探索自己的道路，而我们失去了我们的领袖和旗手。”这一评价，以及别人认为他后半生的工作大部分是徒劳的断占，只有留诸后世来加以评判了。

　　然而，爱因斯坦确确实实是老了，这是不以人们的意志为转移的。

　　独特的人格

　　爱因斯坦寄寓在柏林的两间小房子里，过着简单朴素的生活，如同清教徒一般。这里没有接待过任何客人，除了他的助手和秘书之外，爱因斯坦很少让别人来这里。他过着完全隐居的独立生活。

　　这位大学者坐在一把古老的圈椅里，他那梦幻似的眼光远远越过了这座城市里所有的建筑、喧哗和骚动，一直望到了他自己也说不清楚的遥远的远方。

　　他的膝盖上放着不少张草稿纸，手里拿着一支老式钢笔，满纸写的都是公式和方程，突然，他的手停下来，眼睛朝向遥远的地方搜索。在沉思中，他还喜欢喃喃自语。

　　尽管爱因斯坦才50岁还不到，但他的脸上却明显地印有数十年来紧张脑力劳动所留下来的痕迹。他的头发已变成花白色，脸色也十分苍白，有着在大城市温室内生活的人的那种气色。

　　爱因斯坦最大的业余爱好是音乐，特别是经典音乐。在这里，感受之深，寓意之远，是同至高无上的美的形式交织在一起的，这种和谐的统一，在爱因斯坦看来，就意味着人间最大的幸福。

　　在大事小事中时时感受到的人类要生存的这种意志已经通过音乐上升到一种绝对的力量，这种力量反过来又吸收了各种感受，并把它融化为高超的美的现实。

　　爱因斯坦本人就是个熟练的提琴家，他每天都要拉一会儿他心爱的小提琴，这时，他就完全被带进了扑朔迷离的音乐王国之宫，他沉缅于丰富的幻想或快乐的思想之中，忘却了人间世界，滚滚红尘的喜怒哀乐他都毫无感觉，他完全进入了物我两忘的人生最高境界中去了。

　　爱因斯坦还喜欢独自即兴地弹奏钢琴，但是一有人进屋，他就立即中断不弹了。对于他来说，音乐是一件私事，不打算让外人听的，这意味着劳动之后的消遣，或者是新工作开始之前的娱乐或激励。

　　1928年初，爱因斯坦突然得了严重的心脏病，而且病情相当危险。他不得不停止了工作，躺在床上休息了四个月。这种状况持续了近一年的时间，他不得不取消了所有的活动，更深地走向孤独。

　　由于身体的原因以及他不喜欢公开的庆祝活动，他一直都在寻思着如何去回避他的50岁的祝寿活动，他须寻找一个地方，所有的人都找不到他。

　　为了免去一切风险，他于生日的前几天就来到了哈斐尔河乡间一个花匠的朴素农舍里来过他的生日。

　　他什么佣人也没有，他自己烧火做饭，自己给自己的生日燃放了一挂长长的鞭炮，自己给自己唱起了生日祝福歌，他是多么地快活，也全然不管这一天全世界的报纸都在发表有关他的文章，也全然不管这一天全世界有多少人在向他表示崇高的敬意！

　　在这个崇拜成功而对成功之前所走过的痛苦道路全然无知和冷酷无情的社会里，爱因斯坦觉得很不舒服，时常在郁郁寡欢的时候，他为自己的一些奇怪念头而感到震惊。

　　这个不公道的世界充满了那么多的陷阱和苦难，对他如此宽宏大量，又如此众多的诋毁和谋杀别的有价值的人，永无止境地迫害穷人和失败者，所有这一切都使得爱因斯坦充满着痛苦和失望。

　　爱因斯坦只能把自己越来越深地埋葬在科学工作中，沉默不语，与世隔绝，这个世界是属于他一个人的，天与地间，好像也只剩下他一个人似的，他什么都可以想，也什么都可以不想，这里没有狰狞的面孔，而只有真理和谬误。

　　爱因斯坦的声望并没有使他的本质的人性发生扭曲或异化。他一直都在逃避这种声誉所能带来的一切荣华和危险。这种声誉，一直是他所厌恶着的。

　　对大自然的无限接近使爱因斯坦感到极度的喜悦。尽管他住在柏林，但是他一直都不认为自己是个城市居民。他那么清晰地看到高楼大厦里所堆积着的人性的缺乏：束缚在劳役锁链下一大群贫穷的和富有的奴隶，而这种劳役的目标几乎完全是为满足物质需要。

　　而在大自然中，这一切都不复存在了。当爱因斯坦一头扎进了自然的怀抱中的时候，他看到了阳光、空气和草木，都伸出她们温暖而又柔软的手，轻轻地哼着眠歌，拍打着他，他便带着天真满意的笑容睡着了。

　　当人们大批大批地投身于物欲的泥坑里的时候，我们不能不把荣誉的棕榈枝授予爱因斯坦，他的工作是纯理性的，他的生活是宁静谦逊的。

　　然而，人类生活中所屡屡出现的那些灾难却一再打击着善良的爱因斯坦：

　　纳粹军国主义在德国的烧杀掳掠；国际联盟的软弱无能；预示着世界范围的经济危机的来临的纽约证券市场的崩溃；特别是他的小儿子爱德华神经失常，这件事比一切别的事件都更加严重地破坏爱因斯坦的乐观天性。

　　爱因斯坦多么希望战争能够不再继续下去，人类能够永远和平共处呵！

　　为了敦促1932年2月在日内瓦召开的世界裁决会议能够达成裁军协议，他竟然准备建立爱因斯坦反战者国际基金。

　　当这些会谈失败了的时候，爱因斯坦感觉到他多年来支持世界和平和人类谅解的活动所得到的只是一场空。他以少有的愤怒向记者发表声明：

　　“他们（政客和政治家）骗了我们，他们愚弄了我们。上亿的欧美人民，和将来出生的亿万男女都已经受骗和正在受骗，被出卖，被骗去了生命、健康和幸福。”

　　1933年，阿道夫·希特勒就任德国元首之后，纳粹分子没收了他的全部银行存款，冲进他的住宅抢走了他夫人保险箱内的财物，把他在柏林的心爱的别墅洗劫一空，暴徒们还在大街上公开烧毁他的手稿和著作。希特勒政府还公开取消他的德国国籍。

　　爱因斯坦的生命面临着巨大的威胁。他被一艘私人快艇送到了美国的普林斯顿。肉体的和精神的双重打击，使他更加衰老了。一个朋友这样写道：

　　“似乎有什么东西在他心里死灭。他坐在我们家里的一张椅子上，用手指搓弄他的白发，精神恍惚地谈论世上种种事情。他再也不笑了。”

　　1939年，丹麦原子物理学家玻尔带给爱因斯坦一个消息，说已经有人分裂了铀原子，总质量稍有点亏损，因已转变为能量。

　　玻尔设想，如果分裂铀原子的链式反应能够加以控制，那就会产生巨大的爆炸。

　　爱因斯坦担心纳粹会首先制造出这种“炸弹”，便写信给当时的罗斯福总统，建议美国在“原子弹”研究上要赶快行动。

　　爱因斯坦没有直接参加原子弹的研制工作。直到1945年广岛被炸为平地以后他才知道核裂变炸弹已经搞成功。然而，爱因斯坦的名字却同原子时代的来临引人注目地联系在一起。

　　爱因斯坦不止一次地呼吁美国政府，不要让科学的发现变做杀人的武器，然而，他的愿望无人理睬。

　　同他在过去时代的声誉相比，爱因斯坦已经越来越不为人所重视，他自己说，他觉得自己在这个世界上很像是个生客。他的身体状况越来越差，已经不能再拉小提琴了。许多年以前留下来的胃病迫使他放弃抽烟，而且还必须十分注意自己的饮食。

　　1955年4月15日，爱因斯坦住进了医院。他在安静地等待终结，他感到在这地球上已经完成了他的使命，他不止一次地对来探望他的亲人说：“我在这里已经把事情做完。”

　　由于大动脉外壁破裂，他的身体不可阻挡地被损毁，但他的内心是健康的，甚至可以说是愉快的。

　　有一次，他对来访的一位朋友说：“我在最后时刻里所经受过的，不是人所能忍受的。——我也许再也不能忍受了！”

　　但是，在顽强地抵抗所有来自肉体的痛苦的时候，他还拒绝吃药，拒绝打针，拒绝同任何人讨论动手术。

　　他默默地然而从容镇静地忍受他的命运，直到生命的最后时刻，他还发出一股内在的力量，闪烁出一种巨大的人格的光辉。

　　1955年4月18日凌晨1时25分，阿尔贝特·爱因斯坦的心脏停止跳动。

　　在人类无始无终而又无穷无尽的悲哀与寂静中，只有歌德的诗句在人类头顶的上空沉默地回响着：

　　我们全都获益不浅，

　　全世界都感谢他的教诲；

　　那专属他个人的东西，

　　早已传遍广大人群。

　　他像行将陨灭的彗星，光芒四射，

　　把无限的光芒同他的光芒永相连结。

查德威克

　　当爱因斯坦的名字如日中天的时候，还有无数的物理学家们仍旧在科学的道路上，默默地执着地奋斗着，这是一条充满艰辛的路，这更是一条充满乐趣的路。

　　詹姆斯·查德威克无疑是这众多科学家中的一员，在物理学这条羊肠小道上，他一直在努力着，不管遇到多么大的困难。

　　锲而不舍，金石可镂。1932年，从英国剑桥大学的卡文迪许实验室里，传出了一个令世界为之震惊的消息：中子发现了。

　　当查德威克经过无数次试验，终于用a粒子成功地轰击铍等轻元素，发现了“中性粒子”即中子时，泪水禁不住夺眶而出，十几年来，他走过了怎样的一条光荣而又布满荆棘的路啊！

　　1891年10月20日，詹姆斯·查德威克出生于英格兰柴郡。这是一个性格内向而又不爱哭泣的孩子，出生的时候，他好长时间都没有哭，当接生妇在他的小屁股蛋上使劲打了三下以后，他才“哇”地一声大哭了起来，用他的哭声宣告他经过十月怀胎以后，来到这个注定要含辛茹苦的世界了。

　　像其他别的孩子一样，查德威克在8岁的时候，背着书包上学了。他个子长得不是太高，性格又温和，大一些的同学老是欺侮他，有一次甚至把他的书和书包全都扔进了学校前面的河里去了。

　　查德威克实在忍无可忍了，随手拾起地上的一块碎砖头，狠命地向那个扔他书包的大个子男同学砸去，大个子头被砸出了一个小洞，血直往外流。

　　后来，查德威克被爸爸妈妈狠狠揍了一顿，他也不去解释，任泪水在眼眶里直打转儿，也没让它流下来。爸爸妈妈又提着一篮子鸡蛋，要去给那个大个子赔礼道歉，查德威克死活也不愿意一道去，他坚信自己没有错。

　　上中学的时候，他的各门功课的成绩都差不多，对物理也没有产生出特别的兴趣，有好几次测验，他都没考及格。

　　查德威克性格内向，有时一整天都不说一句话，下课的时候，他喜欢独自一人，站在窗前，看天上一朵流动的云，或者看同学们忙忙碌碌在争抢一个篮球。他喜爱陷人无限的遐想状态中去。

　　但是，他却有一套独特的学习方法。对于那些不会做的习题，凡是他没有搞懂的题目，他决不勉强自己去做，或者把同学做好了的，拿来自己抄一遍，他总是想方设法把问题给弄清楚。

　　而一旦搞清楚了，他又不是赶任务似地，把题目做出来，总是在草稿纸上，尝试用好几种方法来解这个题目，最后才选择出一种最便捷的方法，把题目做在作业本上交给老师。

　　他有个座右铭，这就是：“不成功则已，要成功，成绩就应该是颠扑不破的。”这个座右铭，一直陪伴他度过了中学时代、大学时代，乃至他的一生。

　　1908年，查德威克考入曼彻斯特大学，好像冥冥之中有个什么在主宰着他似的，他选择了物理学专业，从此，他就同物理学结下了不解之缘，并把自己所有的智慧、热血和生命奉献给了这门古老而又充满魅力的学科。

　　在大学期间，他仍是那么沉默寡言，有点腼腆甚至有点害羞，当同学们纷纷流连于舞厅、咖啡厅和花前月下的时候，他却把自己投入到物理学的星空中去，跟那些已故的大师们亲切握手，倾心交谈。

　　甚至当一个女同学恶作剧似地给他写了一封情书的时候，他居然被弄得手足无措，并且被吓哭了，这件事一直被传为笑话。

　　查德威克不喜爱出风头，不爱抛头露面，正是由于这种不慕虚名，不为浮名所累，任劳任怨脚踏实地的治学精神，使他一生在物理学的研究上取得了一个又一个辉煌的成就。

　　1911年，查德威克以优异的成绩从大学毕业，此后在卢瑟福教授的指导下在曼彻斯特物理实验室工作了两年，从事各种放射性的研究。

　　没过多长时间，他用a射线穿过金属箔时发生偏离的实验，有力地证实了原子核的存在。

　　由于他卓有成效的工作受到当时科学界的认可，1913年，他荣获科学硕士学位，并取得了“1851年奖学金”，赴柏林夏洛腾堡技术物理研究所，在H·盖革教授指导下工作。

　　盖革教授是计数管的发明者，查德威克在他的精心指导下，成天把自己关在实验室里，潜心研究放射性粒子探测技术，并取得了相当重要的研究成果。

　　正当查德威克准备大展宏图的时候，不幸扇动着丑陋的翅膀，降临在他的身上 。

　　第一次世界大战期间，正在实验室里认真观察实验结果的查德威克，被一伙法西斯分子，用枪托打昏以后，带进了德国鲁赫本平民拘留所。他是被当作战俘扣留在这里的，尽管他从来也没有参加过战争。

　　在拘留所里，法西斯分子硬逼他承认杀死了多少多少德国士兵，还逼他承认他是英国政府派来的间谍。倔强的查德威克用沉默来表示他的抗争，法西斯分子就用种种酷刑来折磨他，他常常被折磨得死去活来，但他一滴泪也没有流过。

　　更令他痛苦不堪的是，他无法继续从事他心爱的实验工作，去探索人类那么多的未知领域了。这对于一个无限热爱科学事业的人来说，是一个多么巨大的遗憾。

　　然而，他没有自暴自弃，更没有用死亡来了却自己的痛苦。后来，他利用法西斯分子对他稍微放松了看管的机会，联合其他几位战俘科学家，在拘留所里，搞起了一个小小的实验室。

　　这间实验室是一个只能拴两匹马的废旧的马棚，查德威克等人就是在这里从事β射线的实验的，当马粪和马尿的臊臭味不绝如缕地飘进他们的鼻子里的时候，他们却浑然不知。他们沉缅于β射线给他们带来的巨大的快乐之中，他们感觉这样的实验，真是别有情趣。

　　1918年，第一次世界大战结束。多行不义必自毙，德国宣布无条件投降。查德威克也被释放。长夜漫漫，终于到了尽头，他回到了自己魂牵梦绕的祖国——英国。

　　1919年，他接受了英国剑桥大学冈维尔和凯恩斯学院的沃拉斯顿奖学金，继续在卢瑟福教授的指导下工作，这时，卢瑟福已经就任剑桥大学卡文迪许实验室主任，查德威克也来到了这里。

　　就在这一年，卢瑟福和助手们合作，用α粒子轰击氮原子核的时候发现，氮原子核破裂以后，发射出原子量是一个带正电粒子，这种粒子被命名为质子 （实际是氢原子核），破裂以后的氮原子核和α粒子结合成氧原子核。

　　卢瑟福这个实验表明，不但放射性现象会导致原子自然蜕变，从一种元素变成另一种元素，而且可以用人工方法变革原子核，把一种元素变成另一种元素。

　　在剑桥大学，查德威克自始至终都参加了卢瑟福进行的用α粒子轰击的方法使其他轻元素嬗变的工作，并对原子核的特性和结构进行了认真的研究。

　　1920年，查德威克通过对α粒子散射所进行的测量，最先测定了原子核所带的绝对电量，即核电荷数，结果和莫塞莱的原子序数理论吻合得无与伦比。

　　早在1919年，卢瑟福用氮第一次探测到核蜕变效应，查德威克站在导师肩膀上，继续向前苦苦地求索着，终于发现了γ射线所引起的核蜕变。

　　因为查德威克成就卓著，他被升任为卡文迪许实验室副主任，并于1927年当选为皇家学会会员。

　　事业上的巨大成功，使他深深地受到利物浦的艾林·斯图尔特·布朗小姐的青睐，然而查德威克天生不会谈情说爱，布朗小姐只好主动发起进攻，他才渐渐地开了窍。

　　1925年，34岁的查德威克和布朗小姐终成眷属。结婚以后，查德威克过上了幸福美满的家庭生活，并在一年以后，有了一对孪生儿女。他全身心地体会着人世间的这种天伦之乐。

　　查德威克喜爱养花，他把自己的实验室和居室都变成了花房，闲暇时分，浇浇水，松松土；累了的时候，看看花，赏赏景，他满足地陶醉于花的芬芳和花的鲜艳中。

　　业余时间，查德威克还喜爱和妻子一起骑上自行车，带着一对儿女，到芳草碧连天的河边去钓鱼。可是，有好几次，当鱼把钓杆都拖到水里去了的时候，他竟然一点也没有觉察到。

　　查德威克又把思绪投入到扑朔迷离的物理世界中去了。

　　终于发现中子

　　早在1896年，法国科学家柏克勒尔发现了放射性现象，当时，物理学家们把它解释为原子核的自发衰变，这说明原子核是由许多更小的微观粒子构成的。

　　本世纪20年代，人们已经知道了两种亚原子粒子：汤姆生发现的电子和卢瑟福预言的质子。

　　1903年的时候，汤姆生提出了原子的“西瓜模型”。按照这个模型，原子是由正电荷物质 （带正电流体）均匀分布在原子的整个体内，负电子则嵌入连续正电荷中，像瓜子在西瓜中一样。

　　因为电子互相排斥，另一方面则向中心的正电荷处吸引，并且假定它们会在原子内部达到一定的稳定位置。

　　假如这种分布是由于一些外在力量，例如两个原子在高温气体中激烈地碰撞，电子被假设为开始环绕它们的平衡位置振动，发射出相应频率的光波。

　　但这个模型不能解释不同元素为什么会发出不同的光谱。

　　卢瑟福则通过大量的实验，开始预言质子的存在。

　　1919年，卢瑟福决定开始轰击原子。他想知道，能否用人工促成的方法使一种元素转变为另一种元素。

　　他认为要改变元素首先要改变核上的电荷，唯一的途径是使别的原子核同它发生非常强烈的冲撞，这就要求另一原子核具有非常高的速度。

　　卢瑟福选中了镭所放射的α粒子，它具有每秒几千英里的速度，这个速度所产生的力使它成为最理想的“子弹”。

　　卢瑟福精心设置了实验装置，从而更好地捕捉从原子核中打出的碎块。

　　他在一个能充气的金属桶的中间放置一小块镭盐，镭盐不断发射α粒子。尽管α粒子的速度很高，但在正常压力的气体中，它不断与周围气体分子发生作用，它们约在1厘米之内静止下来，并吸引电子，从而变成普通的氦原子。

　　卢瑟福在大于α粒子射程的距离外，安放一块硫化锌屏，这样他在显微镜下看不到一点“闪光”。

　　他首先把桶里充满氧气，等了好长时间，没有看到闪光。

　　他又换用氮气充入桶内，心情异常紧张地通过显微镜观察，突然间，他高兴得大叫一声：“闪光！”在屏幕上看到一点微弱的闪光，间隔片刻，又见到一闪…”

　　卢瑟福高兴得跳了起来，因为他断定这是α粒子打击氮气后产生碎片的闪光。

　　为了确定这碎片，他又借助于磁场测定碎片的质量和电荷，结果确定碎片是氢核，后来人们称氢核为质子。

　　卢瑟福借此断言，质子都在原子核内，但假使原子核的质量都是由质子构成的，那么就会有太多的正电荷。

　　因此，人们普遍认为，原子核中必定含有一些电子，这便中和一些质子的电荷。因电子是极轻的粒子，所以不大会改变质量。

　　甚至还有人认为，电子在核内起到了类似于水泥的某种作用，它把质子聚拢在一起，因为如果没有电子，带有同性电荷的质子就会互相排斥而飞离。

　　但是，从理论上看，上面的这种观点有站不住脚的地方。

　　倒是另外一种观点比较有理论根据，即认为原子核内可能存在一种不带电的粒子。

　　卢瑟福和查德威克不知探索了多少次，他们极力想找出这种粒子，但是都失败了。

　　1930年，德国物理学家玻西在一次国际会议上报告说，他在用α粒子轰击铍钯时观察到一种前所未见的很强的辐射，它能穿透几厘米厚的铅板。

　　据当时所知，被轰击物质产生的所有射线中，只有γ射线能够穿透厚铅板，于是，他没有再做深入研究，就把它当作γ射线做了报道。

　　1931年，法国的居里夫妇在研究铍辐射时，让辐射从一个很薄的窗口射入装有空气的电离容器，当窗口放有石蜡或其他含氢物质时，容器中的电离就增强。他们认为电离增强是由于石蜡发射出了高速质子。

　　1927年的诺贝尔物理学奖金获得者威尔逊先生制造了云室，在云室中可以观察带电粒子（质子或电子）的径迹。

　　借助于云室就能计算出石蜡释放出的质子的能量，从而计算出产生质子束的铍辐射的能量。

　　问题很清楚，如果假定铍辐射是γ辐射，那么得出的能量值就会大得出奇，决不可能使能量值与引起铍辐射的能量一致起来。

　　查德威克对铍辐射作了研究，他发现很多别的元素，例如氦、锂、碳等，也有类似的辐射。

　　通过对碰撞的能量条件所作的广泛研究和计算，他很快就确定铍辐射不可能是γ辐射，而是由比电子大得多甚至与质子一样大的粒子组成的。

　　1932年，查德威克在一张α粒子轨迹的云室照片上看到一条非常细的线条，正好在照片的中间，却不出现明显的来路。

　　经过认真地分析，这细线条只能是氢核的踪迹，一个由于某种碰撞或别的原因释放出来的氢核，而造成碰撞的粒子却没有影踪。

　　但是，查德威克深信，应当有这样一个粒子，否则就不可能出现以极大速度射出的氢核。

　　然而，这个粒于在云室中却没有留下任何痕迹，所以，对它的描述应该是这样的：无影无踪，不可捉摸，却能给受轰击的原子核狠狠一击，使氢核从中释放出来。

　　查德威克首先确定这种新射线不会被磁场偏转，因此它是不带电的中性粒于。然后确定这种粒子的速度不到光速的1/10，从而也就排除了它是某种

　　γ射线的可能性。

　　接着，查德威克又通过巧妙的碰撞实验，确定这种新粒子的质量差不多。

　　这样一来，查德威克圆满地解释了过去所引起的一系列不解之谜。他认为：由于这种新粒子质量较大，所以很容易将石蜡中的氢原子核——质子打出来。

　　又因为这种粒子不带电，是中性的，在威尔逊云室中，这种中性粒子经过的路径中不产生大量电子和正离子，不能引起水蒸汽的凝结，因此照片中不能摄得这种粒子经过的径迹，它在整个过程中始终扮演着不露面的“隐身人”的角色，只有当打出质子后，才暴露出它曾经出现过。这样也就回答了居里夫妇所疑惑不解的问题。

　　20年代，卢瑟福所预言的“中子”，终于被查德威克找到了。后来，查德威克用γ射线照射氚核引起裂变，又用人工方法也获得了中子。

　　查德威克在写给英国《自然》杂志编辑部的一封信中指出：“如果我们假设这种放射性物质是由质量为1、电荷为0的粒子，即中子构成的，那么，一切难题就可以迎刃而解了。”

　　查德威克的中子的发现，对原子核科学领域作出了重大贡献。

　　中子是不带任何电荷的，它与氦核（α核线）不同，后者是带电的，因此在重原子核中受到很大的电排斥力。

　　中子作为使原子嬗变的新工具，它不需要克服任何电的势垒，甚至能够穿过和分裂重元素的原子核。

　　这样，查德威克为铀235的分裂和制造原子弹开辟了一条途径。

　　因此，人们普遍认为，中子打开了人类进入原子能时代的大门。

　　同时，中子的发现，还在理论上带来了一系列深刻的变革。中子发现后不久，德国物理学家海森堡提出了原子核是由质子和中子组成的模型。

航天科学
　
　　一心想飞的人

　　很久以来，人类就在这个古老的地球上，默默地生，默默地死，没有离开过地球半步，他们把这个小小的星球，作为自己的家乡，在上面经历了一番喜怒哀乐的情感历程之后，又把它作为自己最后的归宿地。

　　然而，人类不是没有飞天的梦想。

　　当他们看到飞虫们成群结队地在天空飞来飞去的时候，多么渴望，自己有那么一天，也能够飞上天空，去俯视他们所生存的土地啊！

　　当他们看到鸟类扇动有力的翅膀，唱着自己的歌谣，从这一块天空飞向另一块天空的时候，他们是多么羡慕又是多么忌妒呵，他们依旧做着飞天的梦。

　　这是一个古老而又永远年轻的梦，这个梦激励了一代又一代人，也鼓舞了一代又一代人，当无数岁月飘过远山的时候，当无数努力化为美丽的泡影的时候，这个梦依旧没有成为灿烂的现实。

　　到了公元1857年9月17日，这个梦落到了一个新出生的婴儿的灵魂深处，这个婴儿名字就叫康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基，命中注定，他的一生都与人类的飞天梦想结下了不解之缘。

　　与所有的孩子一样，他健康茁壮地成长着。父亲是一位守林人，他稍大一点以后，就随父亲到森林中去玩耍，然而，他对飞翔在林中的鸟类是那样地感兴趣。

　　有一次，父亲径自在前面走，他跟地后面，忽然，他看到一只美丽的鸫鸟从面前飞过，一边飞着一边还唱着歌儿，他禁不住看呆了，他多么想也能飞上天，像鸫鸟那样呵！

　　走了很远一段路以后，父亲回头一看，儿了不见了，这可把他吓坏了，他赶紧沿着来路往回找，儿子竟然还站在那地方发呆，而且，两只手还像鸟的翅膀那样上下扇动着。

　　齐奥尔科夫斯基进入了梦幻状态，尽管那只鸫鸟已经飞得不知去向，他却怎么也忘不了鸟儿飞翔的样子，他好想飞。一直飞到九大之上去。

　　他把自己的梦跟父亲讲了，父亲嘿嘿一笑，觉得这孩于有点傻呵呵的，但傻得可爱。父亲没有能够理解孩子的这一梦想。

　　后来，父亲又带着他到出间、地头去捉蚂蚱、逮蜻蜒。但齐奥尔科夫斯基最感兴趣的还是放风筝。

　　他喜欢看风筝在天空迎风飘曳，好像自己的身体也像风筝一样，在天空中飞，但他讨厌那根牵制着风筝的细丝，所以，每次放着放着，他都把细线给丢了，让风筝在大空中自由自在地飞。

　　然而，命运跟他开了一个非常恶毒的玩笑，把他推向了一个苦难的深渊，使他艰难地挣扎着，努力地确定自己在生活中的坐标。

　　在他9岁的那一年，他不幸患了猩红热，两只耳朵彻底变聋了，他再也听不到大自然和人类所发出的种种声响了，他很痛苦却又没有办法。

　　他只有更深地走入自己的内心世界，一任自己的心灵成天如大海浪涌，或者静静地坐在家门口，看着天上的鸟儿从远方飞来，又向远方飞去。

　　看着别的小伙伴背着书包，又蹦又跳地上学，他就跟爸爸妈妈吵，爸爸妈妈不理睬他，或者说些什么他根本就听不到，他就独自一人，到一边默默地流泪哭泣去了。

　　母亲看他实在可怜，就经常给他买各种玩具回来玩。有一天，她给儿子买了一只氢气球玩具，小齐奥尔科夫斯基好开心呵，他找到一块开阔地来放这个氢气球。

　　氢气球在天空越飞越快，越飞越高，齐奥尔科夫斯基的心也随之飞到了天上。这个氢气球在他的心灵深处播下了飞向天空和宇宙深处的科学幻想的种子，激起了他飞向天空的强烈的愿望。

　　好长一段时间里，他只要一上床睡觉，便迅速进入了梦乡，梦见自己乘着那只氢气球，一直飞到了空中，飞出了地球，飞到了广漠的宇宙深处。

　　妈妈为了尽量减轻耳聋给孩子所带来的巨大的痛苦，就把自己所有的空闲时间，都用来教孩子认字、读书、画画。

　　齐奥尔科夫斯基是个颇有天赋的孩子，在母亲的精心辅导下，他很快就能读一些浅显易懂的文章，同时，也能画一些蜻蜒、风筝之类能飞的东西。

　　这时候，他想多读一些书，但是，把家里所有的角落都找遍了，才找到四本书，而且这四本书都是关于自然和科学方面的书籍，没有办法，他只好硬着头皮认真地啃读了。

　　未曾想到，他对这些高深莫测的东西，居然产生了浓厚的兴趣，虽然没有人来指导他，但是，他对所有的学问都能很快地弄懂弄明白，他逐步适应了耳聋的生活，并把自己的全部身心都投注到以思维为主的精神世界里去了。

　　在他14岁的时候，肺结核病夺去了他敬爱的母亲的生命，这个不幸再次给他带来了沉重的打击，他简直有些支持不住了，母亲跟他永远地告别了。

　　这一切，都使齐奥尔科夫斯基的性格变得更加内向，脸上的微笑也变得更加稀少了，从此以后他变得更加孤独了，没有人跟他谈心，没有人跟他说笑。

　　别无选择，他只有更加集中自己的精力去找书读，找到什么书就读什么书，从不挑剔，几何、代数、地理、天文、物理、化学等等，这给他日后从事航天方面的研究工作打下了坚实的基础，也进一步拓宽了他的视野，丰富了他的知识层面。

　　齐奥尔科夫斯基不光自己喜欢去看书，而且还喜欢自己去做一些小实验，以培养自己的动手能力，因为只有当他这样做的时候，他才能忘却人世间的种种烦恼。

　　一天，他读到了一本几何方面的书，便仿照书中的一幅简单的插图，自己制成了一个小小的测量仪，使他万分高兴的是，这个测量仪不光能准确测出自己的身高，还能测出从他家到前面一排房子的距离。

　　到了 15岁的时候，他已经成了村子里制作各种各样玩具的头号种子选手。他制作的风筝不仅造型美丽，款式新颖，而且还飞得很高，使得村子里原来不愿跟他在一起玩儿的小伙伴，也纷纷聚拢在他的周围，向他索要各种玩具玩，他也因此成为孩子们心目中的偶像。

　　到 16岁的时候，他耳聋的症状已有明显减轻，左耳已能听到一些话语了，这使他的父亲很高兴，但是一想到日后的生活，父亲便有些不寒而栗，一个半聋的孩子又能做些什么呢？

　　他想跟儿子好好地谈论一下这件事，便去找儿于，找了半天也没有找到，后来，终于在厕所里找到了儿子。

　　只见儿子手里捧着一本书，一边上着厕所一边津津有味地看着，父亲真是又好气又好笑，走上去轻轻拍了一下儿子的头，把书拿过来翻了翻。

　　这是一本介绍莫斯科的图书，里面详细系统地介绍了莫斯科的政治、经济、文化等情况，而且重点介绍了莫斯科大学的筹备情况。

　　父亲跟儿子一起回到了家中。

　　父亲问他，孩子，你已经长大了，你打算今后怎么办呢？总不能长期这样在家里呆着呀。

　　齐奥尔科夫斯基恳切地说，爸爸，我想去读莫斯科大学，那里的人都有学问，有知识，他们肯定会给我许多帮助的。

　　父亲说，孩子，你别犯傻了，你到那里去，人生地不熟的，怎么生活下去呢？

　　齐奥尔科夫斯基说，爸爸，你就放心地让我去吧，我到了那里以后，随便找个什么事做，保证不会饿死的。然后我再到莫斯科大学去听课，我不会成为一个废物的。

　　父亲知道儿子去意已定，也就没有再劝阻他，便给在莫斯科工作的一位同乡写了一封信，托他帮着照管一下自己的儿子，然后便把儿子送上了前往莫斯科的漫漫旅途。

　　到了莫斯科以后，找到那个同乡，但同乡过得也不是太好。齐奥尔科夫斯基便决定自己去租一间房子住。

　　费了好大劲儿，才租到了一间小阁楼，房东是个贫穷的洗衣妇。

　　在阴暗潮湿，四面没有窗户的小阁楼里，他主要靠凉水和黑面包来充饥，但是，他还是从书里找到了巨大的乐趣，他比在家乡的时候更加刻苦更加勤奋了。

　　齐奥尔科夫斯基靠着刻苦钻研和顽强自学的精神，自学完了中学和大学的全部物理课程。在他23岁的时候，他通过招聘考试，成了伯洛夫公立中学的一名物理教师和几何教师。

　　大胆的空想家

　　当教师的时候，一个极其偶然的机会，他忽然迷上星际飞行的研究。

　　一天黄昏时分，齐奥尔科夫斯基看到天空中有四五只麻雀在雷雨来临之前，快速地飞着，无数的幻想在他的脑中沸腾起来，他在想，人类一定要比麻雀飞得更快。

　　忽然，他的脑海里出现了一幅奇怪的图画，画面上是像带鱼形状的飞艇。他已经至少超出了正常的人类思维好几十年了。

　　在此后的长达40年的教学生涯中，他除了努力做好一个教师的本职工作以外，还尽量挤出时间自学天文学、生物学等，特别是航空学。

　　他每天都起得很早，跑完步以后，便在家抓紧时间工作两三个小时，然后又风风火火地走很远的路，到学校去上课；

　　下班以后，一分钟也不愿在学校里多呆，急急忙忙又赶回家，进行研究或潜心写作。大家都称他为“大胆的幻想家”。

　　人类所居住的地球外部包裹了一层厚厚的大气层，因此，星际飞行器要想飞向宇宙太空，必须先得克服这个大气层的阻碍。

　　那么，什么样形状的飞行器才更适合于在大气中飞行？飞行器的形状究竟跟阻力有什么关系呢？大气流动同飞行器的速度又有什么关系？齐奥尔科夫斯基头脑里整天所想的都是这样一些关于星际飞行的问题。

　　他曾经考虑到利用离心力就有可能飞出地球。当他猛然意识到这个重大的发现可能产生的伟大结果的时候，他激动得心都快要跳出胸膛了。

　　那时候，没有办法利用风洞进行科学实验，他只好充分利用自然风，用风筝、竹蜻蜒等进行实验，不久，经过苦心经营，他终于写成了一篇关于空气动力学的论文，后来，又写成了一篇全金属飞船的论文。

　　他带着这两篇论文，直接找到了当时俄国著名的物理学家托切诺夫。托切诺夫读完这两篇文章后拍案叫绝，对他在没有任何专家指导和完备仪器条件下，能够写成如此高水平的论文，而大为赞叹。

　　他又把齐奥尔科夫斯基极力推荐给当时俄国航空界的泰斗茹科夫斯基，茹科夫斯基对此也给予了高度的评价。齐奥尔科夫斯基经这两位科学家的推荐，成为物理化学协会的会员。

　　正当齐奥尔科夫斯基带着愉快的心情，准备在科学道路上全速前进的时候，一场大火把他的家烧了个精光，过去所留存的大量书籍、笔记、论文初稿全都付之一炬。这个打击太大了，他因此而病倒了。

　　但是，他没有一病不起，他仍然牵挂着他的航空航天事业。稍微能吃点饭的时候，他便找来大量关于在星际空间开辟一条空中大道的书籍，认真地阅读，并进行实验。

　　执着的信念，使他迅速战胜了天灾人祸，他很快就完成了全金属的飞艇和星际火箭等的设计工作，提出了开辟宇宙通道的独特见解。

　　当时，他周围好多人都不理解他，说他是个疯子，是个彻头彻尾的空想家。

　　齐奥尔科夫斯基对这些议论却毫不理会，他认准了自己所制定好的目标，一如既往地朝前走着。

　　成为“星际航行之父”

　　1895年，经过多年研究，齐奥尔科夫斯基，这个来自俄国梁赞省的穷人的孩子，终于提出了征服宇宙空间的具体主张，还发表了人造卫星的图样，提出以人造卫星作为星际航行的“驿站”，再从这个“驿站”向月球和其他星球发射火箭的主张。

　　这个大胆而又执着的幻想家，为了进行空气动力学的试验，又东挪西借，凑了一些钱，自行设计安装制造了一个风洞。

　　风洞的发明，奠定了实验空气动力学的基础。其后，风洞便成为现代制造各种飞行器，如火箭、卫星等不可缺少的实验装置，它使从事飞行器研究的科学工作者有可能用实验米检查理论计算的可靠性和准确性。

　　所谓的风洞，其实就是一个大动力的送风机，把飞行器的模型送入风洞，再通入压强很大的气流，测定飞行器受力等综合因素。它是以气流流动，飞行器模型静止来模拟飞行器飞行的实际情况，从而获得各种飞行情况的各种数据。

　　齐奥尔科夫斯基利用他自行发明的风洞装置共研究了一百多个宇航飞行器的模型，取得了不少关于空气动力学实验的第一手珍贵资料。

　　通过大量的实验，他深深地认识到，人类要想飞向天空，成为宇宙的主人，就必须首先征服万有引力这个拦路虎。

　　经过几年的潜心研究，他出版了一本《可驾驶的金属飞船》，在人类历史上第一次提出了火箭飞行理论。

　　在这本书里，他指出，火箭是克服地球引力，飞出地球的最理想可靠的工具。他还精心构想出了火箭的外观及内在构造情况。

　　根据他的构想，未来火箭的外壳应该是用钢构成的，里面有着蛋形的椭圆舱室，头部可以容纳乘客、仪表、给养储备等。同时，舱内大部分空间分为两个部分，分装液体燃料和氧化剂，燃料和氧化剂经由唧筒排入火箭中央的燃烧室，燃烧生成高温高压的气体，由尾部喷口喷出，产生一股又一股强大的推动能力，并推动火箭高速飞行。而尾部则装在喷口边，用以控制飞行的方向。

　　齐奥尔科夫斯基的这一大胆的构想和设计，为现代火箭的产生，奠定了坚实的理论基础。他把自己命名为“宇宙的公民”，他坚信，经过几代人的共同努力，“星际和星球之间的旅行是可能实现的”。

　　然而，一个严酷的事实是，当时，他所设计的火箭，速度不超过每秒2.5公里，这个速度根本不能摆脱地球的引力，也就是说他所设计的火箭，根本不可能飞到宇宙空间去。

　　又经过无数次的废寝忘食，送走无数个日出日落，经过严格细致的计算，齐奥尔科夫斯基得出结论，要想摆脱地球引力，必须具有每秒11.2公里的速度。这就是所谓的“逃逸速度”。

　　而火箭只有具备了“逃逸速度”，才能够沿着抛物线轨道飞离地球，飞向茫茫的星际空间。

　　齐奥尔科夫斯基经过长期的观察，终于认识到，火箭的速度决定于排气速度，而排气速度又跟所选用的燃料和氧化剂有关，以液态氧作氧化剂，用液态氢作燃料的比用汽油所得排气速度大。

　　同时，他由研究火箭动力学的基本定律得出结论：要使火箭达到较高的速度，必须提高火箭满载燃料时的质量和火箭躯壳的质量之比。

　　然而，用1吨的外壳要装下30吨左右的燃料是绝对不可能的，更何况外壳的质量还要包括火箭发动机和其他设备的质量，同时还得考虑外壳的坚固性。

　　齐奥尔科夫斯基又陷入了深深的迷惘之中，但是，他没有走入思想的死胡同，而是试图通过各种方法来解决这个问题。

　　1929年，已达72岁高龄的齐奥尔科夫斯基发表了《宇宙火箭列车》一文，在这篇迅速引起了广泛轰动效应的论文中，他提出了多级火箭的伟大设想。

　　齐奥尔科夫斯基把这种火箭叫做“火箭列车”，因为它是一节连一节接起来的，就像一列火车一样。

　　这种多级火箭之所以能够取得逃逸速度，使火箭飞离地球，是由于每一级火箭在完成自己的使命后便自动脱落，减轻了负荷，上面各级火箭在下面各级火箭已经取得的速度的基础上增加速度，所以一级比一级飞得快，客舱和科学仪器设在最顶上的一级火箭内。

　　“火箭列车”这一设想的实施最终解决了宇宙飞船脱离地球吸引力所需速度的问题。

　　老骥伏枥，志在千里。这时的齐奥尔科夫斯基，对于星际航行的研究越来越深入，关于飞出地球的思想也越来越成熟。

　　他又提出了人造卫星的设计图，在这份设计图中，人造卫星呈圆柱形，以 8公里/秒的速度绕地球运行，他称为“星际航行的驿站，设置在地球外的火箭码头”。

　　按照齐奥尔科夫斯基的设计，星际航船可以停泊在码头上，而且在这里添加燃料和食物，再飞向更为遥远的星际空间。

　　人造卫星上有街道，有综合科学研究站，有住宅，有温室，还有燃料库和工厂。同时，考虑到人在人造卫星上失重的情况下难以生活，他提出必须使人造卫星绕轴自转，以离心力来代替重力。

　　齐奥尔科夫斯基还指出，在卫星上，应该充分利用取之不竭用之不尽的太阳能，或者通过光电装置作为卫星上的动力来源。

　　1932年9月，齐奥尔科夫斯基还接受了政府的任命，担任了建造同温层高空气球的总指挥。经过他和同事们近一年时间的紧张工作，圆满地完成了任务。

　　同温层高空气球一次试飞成功，高度达到19000米，为研究同温层大气、宇宙辐射、气温等，提供了强有力的工具。

　　齐奥尔科夫斯基被后世誉为“星际航行之父”，从30年代始，他又致力于研究火箭和飞船如何返回地球的重大课题，这项研究最终导致了返回式卫星和航天飞机的诞生。

　　1935年9月19日，齐奥尔科夫斯基怀着对星际航行的无限向往，永远地离开了这个星球，他的一缕亡魂，晃晃悠悠，一直飘向了宇宙深处。

　　此后，一代又一代的科学家们继承了他航行星际的遗志，制造出了飞向太空的喷气式飞机、洲际导弹、人造卫星、宇宙飞船等等，人类已经超越大气层的包围，而且正在逐步征服整个太阳系。

　　因为，人们永远不会忘记他的那一句话：

　　“地球是人类的摇篮，人类永远不会停留在地球上！”

“飞行者号”的冲击

　　当俄国的康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基仍在做着飞天梦的时候，美国的莱特兄弟已经为人类插上了翅膀，他们终于发明了飞机，使人类梦想成真，飞向了湛蓝而又广大的天空。

　　1903年12月17日，池塘里结了一层厚厚的冰，刺骨的寒风直往人肉里面钻。

　　这天，来自俄亥俄州的莱特兄弟，共做了四次成功的飞行。

　　第一次在空中只飞行了12秒，飞行距离大约是37米。最后一次飞了59秒，飞行距离大约是260米。这四次成功的飞行，在人类航空史上，写下了辉煌的一笔。

　　因为它是人类第一次成功地实行了动力飞行，打破了比空气重的机器不能在空中飞行的断言，从而开辟了人类航空科学技术的崭新的通途。

　　莱特兄弟是修理和制造自行车的技师，他们具有丰富的机械知识。从少年时代起，他们就对飞螺旋玩具发生了浓厚的兴趣，并且自己亲自动手进行制作。

　　他们还非常喜爱放风筝，他们自己制作的风筝，在天空飞得又高又稳。

　　由于家里非常贫穷，常常是入不敷出，没有钱供他们去上大学，只能靠帮人家修理自行车来维持生计。但是，他们毫无怨言。在修自行车的时候，总是琢磨自行车的制造原理及制造方法。

　　他们非常喜爱读书，几乎读遍了当时所能找到的所有有关飞行方面的书籍，学到了许多有关飞行的知识。

　　这时，他们读到了报纸上发表的一则消息，大飞行家奥图·李连达尔在连续进行了2000多次滑翔飞行后，所进行的又一次滑翔飞行时，突然遭遇到一股来自侧后方吹来的狂风，从而机坠人亡，英年早逝。

　　这则消息深深打动了莱特兄弟，他们决定去继续完成李连达尔没有完成的事业。兄弟俩节衣缩食，用帮人家修理自行车所挣来的微薄的钱，去买书或买制造滑翔机的材料。

　　正当他们把全部身心投入到飞行研究中去的时候，飞行失事的不幸消息一个接一个地传来：英国的皮尔查因试飞失事送了命；马克沁姆试飞摔成重伤，差一点送了命；法国阿德尔设计的飞机在空中解体粉碎…

　　这一连串的噩耗并没有吓倒莱特兄弟，他们特别认真地研究了李连达尔的经验和教训，刻苦钻研了俄国康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基提出来的空气动力学理论，不断完善机械加工手段，终于在1900年制成了当时最先进的滑翔机。

　　莱特兄弟的飞机，现在看起来，结构相当简单。它前后各有两层互相平行的翼面，还有一片竖着的小翼面伸在前面。各机翼之间由许多支柱、张线之类的东西连着，看上去很像一个笨重的“书架”。

　　特别值得一提的是，莱特兄弟已经学会给飞机装上翼面，飞机正是靠了翼面才升到空气中去的。

　　古时候，我们的祖先们就开始对鸟的飞行方法进行观察和研究，曾经有披上羽毛学鸟儿那样扑翼飞行，而且，也有人试造过木鸟，但最终都没有能够获得成功。

　　因为人体的结构同鸟类是截然不同的，人的胳膊所能产生的支持身体的力量，和鸟的翅膀比起来，相对来说要小得多，所以，人没有那么大的力气扇动“翅膀”使自己飞起来。

　　看样子，扑翼这一条路是走不通了，莱特兄弟在经过无数次的探索、试验之后，最后决定，给飞机安上固定的翅膀，即机翼。

　　从此，机翼就成了飞机的重要组成部分，它的形状比较特别：下面几乎是平直的，上面是弯曲的。飞机飞行的时候，在它上面流过的空气比在它下面流过的快，形成了压力

　　差，下边的气压比上边的气压大。

　　于是，翅膀下面的空气就产生了垂直向上的升力，把飞机托上空中，气流的速度越大，对翅膀产生的升力越大。

　　兄弟俩进行了连续多次的试飞试验，从1900年到1902年，共进行了1000多次滑翔试验，终于初步掌握了操纵滑翔机的方法，并在空中成功地实现了倾斜滑行、空中转弯等高难度的滑翔动作。莱特兄弟还于1902年装制成配有活动方向舵的滑翔机，这在当时的世界上，毫无疑问是处于领先地位的。

　　但是，莱特兄弟还觉得有一个难题没有解决，这就是，仅仅依靠无动力滑翔是不能够实现飞天梦想的，必须依靠动力才能完成真正意义上的飞行。

　　当时，蒸汽机在人们的生活中，已经得到了广泛的运用，但是，在飞机上利用蒸汽机作为动力源，是根本不可能的，因为蒸汽机的体积太大。

　　而内燃机则有可能帮助他们，实现这个古老的梦想。

　　内燃机的基本特点是让燃料在机器的气缸内燃烧，生成高温高压的燃气，利用这个燃气作为工作物质去推动活塞做功。

　　属于内燃机的汽油机是在1876年发明的，柴油机是在1892年发明的。内燃机体积小，使用起来比蒸汽机方便多了。

　　19世纪末，汽油机的转速约为每分钟500～800转，20世纪初，提高到每分钟1000～1500转，它已经具有安装在飞机上的可能性。

　　1903年初，莱特兄弟为了使飞机实行动力滑翔，从而实现真正意义上的飞行，决定在滑翔机上安装汽油活塞发动机。

　　汽油机是用汽油作燃料的内燃机，气缸里的活塞用连杆跟曲轴相连，气缸上面有进气门和排气门，气缸顶部有火花塞。

　　汽油活塞发动机在工作的时候，活塞在气缸里往复运动。活塞从气缸一端到另一端叫做一个冲程。四冲程汽油机的工作过程是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成的。

　　但是，莱特兄弟对于汽油机的工作原理及使用可以说是一无所知，只好从头学起。

　　他们买来了一台废旧的汽油机，拆下来再装上去，装好了再拆下来，总算弄清了汽油机的结构。又经过无数次的试验，这才学会使用汽油机。

　　为了搞清楚滑翔机上究竟能装多大的重量才比较合适，他们又一次次地装沙袋进行试验，这才搞清了他们的滑翔机最大载重不能超过90千克，但当时最轻的汽油机也有140千克重，怎么办呢？

　　他们又去请教有关专家。

　　精诚所至，金石为开。在一位技师的帮助下，他们终于制造出了一部四个气缸、12马力、重70余千克的汽油发动机。

　　接下来，他们又在滑翔机上安装了螺旋桨。当一切都准备就绪，他们便决定试飞。

　　这是一个金风送爽、丹桂飘香的秋日，大地沉缅在丰收的喜悦之中。兄弟俩转动螺旋桨、启动汽油机、点火、给油、松开离合器，随即汽油机便突突突地运转起来，看样子，这次试飞有希望获得成功。

　　莱特兄弟缓慢地加大油门，放开了飞机制动器。飞机开始起动，由慢变快，缓缓地向前驶去。他们想操纵飞机从滑行进入爬升状态，便把操纵杆拉到了尽头，然而，这只不听话的飞机仍在地上滑行；最后，撞到了一个不大的小山上，停住了，

　　这次试飞失败了。

　　好在人没有出事。

　　兄弟俩没有因为这次失败而自暴自弃，而是认真地去寻找失败的教训。经过苦苦地思索，他们终于找到了失败的原因。

　　以前，他们只是考虑到如何减轻发动机的重量，而没有设法减轻飞机的自重。

　　于是，他们又采用轻质木料作为飞机的骨架，用帆布作为飞机的基本材料，于1903年11月底，又研制成功一架双翼飞机，莱特兄弟给这架飞机命名为“飞行者号”。

　　“飞行者号”飞机以双层机翼提供升力，活动方向舵可以操纵升降和左右盘旋，汽油发动机推动螺旋桨，驾驶员俯卧在下层主翼正中操纵飞机。

　　这架飞机结构非常简单，没有带外壳的机身，也没有起落架。飞机靠带轮子的小车在滑轨上起飞。加上驾驶员，飞机总重量才只有340多千克。

　　在美国北卡罗纳州基蒂霍克的一片荒凉的土地上，随着一阵震耳欲聋的轰鸣声，“飞行者号”慢慢离开了地面。

　　l米，2米，……莱特兄弟俩的心都快蹦出嗓子了。在12秒钟内，他们呕心沥血研制而成的这架飞机，跌跌撞撞，像一个喝醉了酒的醉汉似地，在空中大约飞行了35米的距离，飞机飞离地面1米多。

　　试飞终于成功了，兄弟俩激动得热烈拥抱，连呼万岁，这次成功，终于实现了人类几千年来依靠机器动力飞上天空的梦想。

　　莱特兄弟的飞机，起先没有被美国政府重视。有一次，应法国政府的邀请，莱特兄弟携带飞机去法国进行飞行表演，创造了连续飞行2小时20分23秒的新记录。

　　这次表演成功，在法国引起了很大的轰动，法国人奔走相告，这真是“墙内开花墙外香”，它促使法国加紧研制真正意义上的飞机，法国也因此一跃而成为世界飞机制造的中心。

　　莱特兄弟飞机飞行的成功，使定翼飞机得到了迅速的发展，在各类飞行器中始终处于领先地位。

　　第一次世界大战期间，应空中作战、侦察和运输的需要，世界上许多国家都争先恐后地研制飞机，战争期间各国共生产出各种各样的飞机近20万架。

　　1911年，硬铝研制成功了。由于铝合金质地轻、强度大，人们很快就它作为制造飞机的原材料。1915年，出现了铝合金的单翼机。

　　飞机原来是木制结构，后来逐渐过渡到全金属结构。飞机的发动机和操纵系统也作了许多的改进。这样，飞机飞行的速度就越来越高，到1939年，达到了时速755.138公里，比莱特兄弟的飞机提高了几十倍。

　　1941年，英国人制成了涡轮喷气式飞机。

　　1959年，美国人制造成功波音707—321型喷气式客机，全部航程达5000公里。

　　如今，人类的航空事业已得到高速度的发展，但是，人们永远不会忘记莱特兄弟为人类实现飞天梦想所作出的巨大的贡献，他们的“飞行者号”将永载史册。

第一枚“国家科学勋章”

　　公元1963年2月18日上午，美国白宫玫瑰园里宾客云集，热闹异常。由美国总统肯尼迪颁发的美国第一枚“国家科学勋章”的颁发仪式即将在这里举行。

　　有幸获得这枚勋章的就是现代航空大师西奥多·冯·卡门。

　　八十高龄的冯·卡门显得有点疲惫，由于患有严重的关节炎，所以下台阶时差点摔倒了，肯尼迪总统忙上前去搀住他。

　　冯·卡门微微一笑，轻轻地摆脱了肯尼迪伸过来的手，意味深长地说：

　　“总统阁下，下坡而行的人不需要搀助，只有那些举足登高的人，才渴望得到一臂之力。”

　　当肯尼迪总统把金光灿灿的“国家科学勋章”挂上老人的脖子时，人们爆发出了长时间的热烈的掌声。

　　白宫授勋仪式结束后，冯·卡门便乘飞机前往巴黎疗养。不久，老人因突发心肌梗塞在82岁生日前五天，心脏停止了跳动。

　　冯·卡门这位现代航空大师，虽然永远地离开了我们，但是，我们从空中乃至宇宙空间越来越多飞行着的飞行器上，却无时不看到冯·卡门为现代航空学所建树的闪光的业绩。

　　现代航空大师

　　西奥多·冯·卡门于1881年5月11日出生于匈牙利。父亲莫里斯·卡门是布达佩斯大学的教育学教授，为匈牙利的教育事业作出了不朽的贡献，因此，受到皇帝的爵封，为他增添了封姓“冯”。

　　父亲把自己长期实践所形成的一套教育理论，应用到对儿子的教育中。当儿子还在母腹中的时候，就给他讲故事、听音乐，实行胎教。后来，又对儿子进行了一系列的超前教育。

　　良好的教育，极大地开发了小卡门的智力，六岁的时候，他就能够进行五位与六位数字乘法的心算，他还完全掌握了百分比的运算。

　　小卡门的数学天赋使父亲惊叹不已，同时，为了对孩子进行全面教育，父亲又让他多接触一些人文科学方面的知识，以陶冶他的情操，升华他的灵魂。

　　冯·卡门9岁的时候，就进入了当时匈牙利的国家级重点中学——明达中学，这里人才辈出，群星灿烂。

　　冯·卡门的父亲又开始有意识地对他进行挫折教育，带领他到艰苦的环境中去生活一段时间，在物质上，也不是有求必应，故意给他制造一些挫折，以磨 他的意志，培养他具有百折不挠，屡挫屡奋的性格特征。

　　而这种性格，使冯·卡门在今后的追求和探索中，能够一而再、再而三地跌倒了又爬起来，终于成为一代科学巨匠。

　　冯·卡门在17岁的那一年，以优异的学习成绩从中学毕业，进入了约瑟夫皇家工艺大学，在这里他如鱼得水，如饥似渴地吮吸着知识的琼浆玉液。

　　有一天，冯·卡门在工厂见习的时候，忽然发现一种引擎，在高速运转到一定的速度时，便不要命地颤动起来，并发出刺耳的噪音。

　　冯·卡门便静下心来，认真地对这一现象进行了观察和研究，终于找到了原因。原来是阀门的开关与引擎的转速之间产生了共振。

　　卡门便立即把这一现象提炼成一个数学表达公式，并根据这个公式推导出解决的办法。卡门的这一工作，受到了他的老师的高度评价，这位老师把他破格提拔为自己的助教。

　　25岁那一年，冯·卡门以自己刻苦的学习和辛勤的努力，争取到了匈牙利科学院的奖学金，前往当时科学圣地——哥廷根。

　　哥廷根是当时无数学者都向往已久的神圣的殿堂，是当时世界理论科学的研究中心，这里曾经培养了无数的学界名流，如数学大师希尔伯特、量于论的奠基人普朗克等。

　　被誉为“空气动力学之父”的路德维希·普朗特也在这里执掌教鞭，冯·卡门来到哥廷根后，就投师于他的门下。

　　普朗特不愧为大师级的教授，他主张从复杂的扑朔迷离的问题中，寻找出最基本的物理过程，然后再运用简化了的数学方法加以分析，从而把理论与设计结合起来。

　　在普朗特的精心指导下，卡门利用学校里良好的实验条件，对一系列机械工程问题，特别是非弹性杆弯曲现象进行了系统的研究。

　　1908年，冯·卡门顺利通过了博士论文答辩，并获得了博士学位，然后，他就赴巴黎学习考察。

　　一个星期天，冯·卡门和几个朋友一起，到巴黎郊外去秋游，正好遇上了来自美国的莱特兄弟，正在进行飞机滑翔表演，尽管飞机的飞行距离不足两公里，但这次飞行，给冯·卡门留下了终生难忘的印象，并促使他从此献身于人类的航空航天事业。

　　那一天回去以后，冯·卡门激动得彻夜未眠，他为人类终于飞上了天空而感到激动，同时，他又想自己应该如何为这一壮丽的事业添上绚丽的一笔。

　　第二大，他就收到了导师普朗特从哥廷根寄来的邀请函。当时，普朗特正在筹建人类航空史上第一个风洞，并且正在设计“齐柏林号”飞艇。普朗特盛情邀请冯·卡门回去做他的助手，冯·卡门觉得这是一个千载难逢的好机会，便愉快地踏上了归途。

　　冯·卡门从此开始了他作为航空科学家的生涯，1911年到1912年间，普朗特止在研究边界层分离现象。他让自己的一位弟子设计了一个小水槽，用以观察流体流经圆柱体后产生的分离现象。

　　但是，在好几次的实验中，都出乎意料地发现水槽里的水流不断发生摆动。普朗特起初没有觉得有什么不对劲，他只是认为水槽做得不够对称。

　　然而，无论怎么样调整实验装置，还是没有办法消除这种摆动的现象。

　　冯·卡门看到这种情况后，把它当作一回事来看待，他经过长期的观察研究后，终于判明，流体在圆柱后面形成两排交叉的涡旋，而且这种涡旋是稳定的。

　　冯·卡门把这种现象上升到了理论高度，并对此进行了数学分析，完成了两篇出色的论文，这一发现成为流体力学中一次重大发现。

　　由于流体在经过障碍物的时候，在它后面留下两排交叉的涡旋，而这两排交叉的涡旋又好像是大街两旁的两排街灯，于是，后世便把这一现象叫做

　　“卡门涡街”。

　　风吹高压输电线所发出的嗡嗡的声响，潜水艇潜望镜对水流产生的激烈振动，飞行体受到空气阻力等自然现象，都是由于“卡门涡街”的结果。

　　冯·卡门后来应聘前往亚琛任教，这时他已经成为世界上流体力学方面的理论权威。不久，在一位数学大师的极力举荐下，卡门来到亚琛工学院，担任了空气动力研究所的所长，并主持召开了三次国际应用力学会议。

　　一次世界大战后，他曾经在匈牙利国家教育部任职。1912～1929年，卡门担任了亚探航空学院院长。

　　冯·卡门把自己的一生都献给了科学事业，未曾婚娶，他的住房也就成了科学家们聚会的地方。

　　这一时期，经过卡门和他的老师普朗特的精心研究，至今依旧困惑着人类的“湍流”问题，终于获得了重大的进展。

　　他们第一次提出了“湍流”概念，把气体分子运动论的观点移用在这个问题上，并初步阐明了它的理论基础。冯·卡门还在1926年召开的一次国际性学术会议上，作了题为《湍流中的力学相似》的报告，获得了极大的成功。

　　卡门和普朗特的这一成果，直到今天，仍然是工程湍流计算中的重要依据，成为流体力学的经典理论。

　　1926年，冯·卡门应美国加州理工学院的邀请，前往美国西海岸的海滨城市帕萨迪纳，就任该院的航空研究生院实验室主任。

　　从1930年到1942年，卡门所领导的加州理工学院航空实验室，成为国际流体力学研究中心。卡门在流体力学、湍流理论、超音速飞行、工程数学、飞机结构等方面，都作出了卓越的贡献，为航空技术奠定了扎实的科学基础。

　　1936年，卡门和他的学生们一起，对火箭推进技术这一课题进行了深入的研究。

　　为了研究用火箭来尽可能地提高和扩大飞机的性能，尤其是如何更有效地缩短从地面或航空母舰上起飞的距离，卡门和他的学生马利纳一起研制出飞机起飞助推火箭的样机。

　　1935年，卡门前往罗马，参加国际高声飞行会议，和全世界许多著名的空气动力学家一道，探讨超音速飞行的可能性。

　　卡门很清楚地看到了超高速飞行的重大意义，以及对美国空军的重大意义。回到美国以后，他便向美国政府建议，立即建造大型风洞，加快向高速飞行迈进的步伐。当时的美国政府没有采纳卡门的这一建议。

　　与此同时，德国和意大利先后建立了高速大型风洞，并投入大量资金和人力，全力发展涡轮喷气技术，并成功地制造出了喷气式飞机，这对美国空军构成了重大的威胁。

　　在这种状况下，美国政府才勉强同意建造四万马力大风洞和美国最大的工业风洞。后来的事实证明，卡门的这一建议对于美国空军的建设起了多么大的作用。

　　不朽的功绩

　　1941年，卡门与当时中国年轻的力学家钱学森一起，解决了圆柱薄壳结构在轴向压力作用下的大挠度失稳问题，从而成功地解释了从前理论计算与实验结果的差异性。

　　从 1941～1944年间，冯·卡门在火箭技术领域取得了一系列辉煌的成果，如固体和液体起飞助推火箭，火箭发动机飞机，自然点火液体推进剂等等。

　　1944年6月，在第二次世界大战接近尾声的时候，冯·卡门参与制定了美国今后20年至50年的空军发展计划，并领衔组织了一个由36位专家组成的科学顾问团，这个顾问团其实完全是一个具有卓越才华和超凡胆识的智力团，他们为保证美国空中优势，详细制定了有关的科技规划。

　　当二次大战快要结束的时候，美国政府又派冯·卡门来到还弥漫着战争硝烟的德国，帮助美国军方尽快地把德国的先进军事科学技术成果和技术专家接收过来。

　　卡门一行乘坐专机来到了隐藏在一片密林深处的德国空军秘密研究所，审讯了近千名科技人员，分析了300多万份的秘密研究报告。

　　接着，卡门一行又去审讯了德国V—2火箭基地的共400名逃往慕尼黑的科技人员。

　　德国法西斯的所有航空工程专家和技术人员，几乎完全被冯·卡门网罗在一起，这笔比什么都宝贵得多的人才资源，成为美国的航空航天技术始终领先于世界的一个非常重要的因素。

　　1945年12月，卡门经过一年时间的调查和准备，向美国政府提交了一份报告。这份报告分析了科学组织对大型武器所起的决定性作用，还探讨了超声速飞机和火箭的一些技术问题。该报告对美国政府的决策，产生了深刻的影响。

　　1947年，美国成立了超音速无人驾驶飞机发展中心。

　　1948年，建立了阿诺德工程公司，同时，智力型机构“兰德公司”也宣告成立。

　　1957年，美国政府宣布成立国家原子能委员会。

　　到了1957年，冯·卡门的许多计划和梦想都已经变成了 光辉的现实。

　　这时候，火箭、导弹已经大量生产，超音速飞机的速度也已超过 1200公里/小时，并已横越大洋，人造卫星也即将飞向九天之外。

　　二次世界大战结束之后，冯·卡门把自己的全部心血都投入到发展国际航空事业里去了。

　　1949年4月，卡门利用新成立的北约组织，设立了一个国际科学合作的试验工作。

　　接着，又成立了发展国际航空研究的咨询小组，并且在比利时筹建了气动力学训练中心，后来又被命名为“冯·卡门中心”。

　　50年代，卡门主持召开了两次国际航空会议，并创建了 国际宇航科学协会，成立了国际宇航科学院，有力地推动了人类宇航事业的快速发展。

　　冯·卡门还对中国的航空航天事业作出了不可磨灭的贡献。

　　1929年，他来到了正处于风雨飘摇中的中国，当时中国正是血雨腥风，民不聊生的时期，卡门觉得要想摆脱落后的面貌，就必须大力发展航天事业，而发展航天事业，首先得培养出大量的人才来，于是，他建议在当时的清华大学开设航空课程。

　　1931年，国民党政府企图建立一支空军部队，便从美国和意大利购买了一批飞机，在江西省南昌市创办了飞机工厂。

　　这时，清华大学已开设了航空系。卡门便派他的养子、航空技术专家沃登道夫来华担任该系的科学顾问，并在他的指导下，清华大学航空系的师生，在南昌建立了当时世界上第一大风洞。

　　1938年6月，卡门再次来到中国。他看到清华大学开设航空系，心里非常高兴。他前往上海、南昌等地，进行了参观、访问。对南昌的风洞，提出了宝贵的意见。

　　卡门认为，一旦古老的中国摆脱了目前这种内忧外困的境地，它自身所孕蓄的巨大科学潜能，必将像火山爆发一样，喷发出来。

　　卡门在加州理工学院期间，为中国培养了一批杰出的航空航天人才，如钱学森、郭永怀、钱伟长等。

　　卡门对中国的良好祝愿，经过中国人民的共同努力，终于在新中国变成了光辉的现实。

　　全国解放后，我国自行设计、制造了飞机，还组建了一批英勇善战的空军。

　　1970年4月24日，我国用长征1号火箭成功发射了第一颗人造地球卫星——东方红 1号。使我国成为世界上第五个能够独立发射人造卫星的国家。

　　1974年，我国科学家又用长征2号火箭发射了可以回收的往返型遥感卫星。

　　1975年以来，我国先后8次成功地发射并回收科学探测和技术试验卫星。

　　1984年和1986年，我国又成功地发射了同步通讯卫星，并使卫星定点在36000公里高的静止轨道上。这标志我国航天技术达到了世界先进水平。

　　1987年初，我国正式宣布向国际出租整个可回收的科学探测和技术试验卫星，从而打入国际航天市场。

　　中国人民所取得的这一系列巨大的成就，应该感激冯·卡门先生。他所培养的中国学生，发挥了重大的作用，其中领导中国航空航天事业和研制原子弹氢弹的钱学森和郭永怀等人，更是劳苦功高，功不可没。

　　卡门先生不仅是宇航工业技术的研制者，更是国际航空事业的组织者。他的足迹遍布航空航天理论和应用两大领域。

　　卡门一生孜孜不倦，勤奋好学，真可谓一息尚存，苦学不止。到了 70岁的时候，还精心研究燃烧学，并把燃烧化学与流体力学有机地结合起来，从而奠定了现代燃烧理论的基础。

　　卡门性格和善，开朗，一生没有结过婚，他的那一套宽敞的住宅就成了学术讨论的场所。科学家们在这里高谈阔论，畅所欲言，让智慧的火花在这里互相碰撞，从而逐渐形成了流体力学上的“卡门学派”。

　　这一学术群体从来不计较学术交流的形式，而是更加看重于学术思想的本身，他们在航空航天技术领域中，立下了不朽的功勋。