书城科普读物神秘的太空世界丛书:飞向宇宙
47723600000022

第22章 航天事业的幕后英雄(4)

在爱因斯坦5岁时,父亲给了他一枚指南针。当发现指南针总是指向同一个方向北极时,爱因斯坦充满了好奇,便问父亲和叔叔是什么东西使得指南针总是指向同一个方向,这使得两人很为难,因为让孩子搞明白什么是磁力和引力显然是很困难的。但是,爱因斯坦花了很长时间思考指南针,他觉得指南针的背后肯定隐藏着什么秘密。

爱因斯坦出生地——德国乌尔姆

童年的爱因斯坦不喜欢上学,那时的德国学校不许学生提问,爱因斯坦说上学就像坐牢。有个故事说爱因斯坦告诉他的叔叔说他有多么恨学校,尤其是数学。他的叔叔告诉他说:“解决数学难题就像警察抓小偷,警察不知道小偷是谁,称小偷为X,用代数和几何抓住他。”

受了叔叔的启发之后,爱因斯坦开始慢慢地爱上了数学。当同学们还在学习简单的数学时,爱因斯坦已在攻读复杂的计算数学了。

爱因斯坦一直以来都想当数学和物理老师,但事实上他后来从瑞士苏黎世联邦科技学院毕业后,并没能找到一份教书的工作。于是,他在瑞士政府当了一名新发明专利审查员。这份工作很清闲,所以他有很多时间来思考一些科学理论。

其实,爱因斯坦还是个孩子的时候,就做了他称之为“思考的实验”来试验他的思想,他将头脑当做实验室。到了1905年,他将自己的思想变成论文发表了。在一篇论文中,他说光以波和粒子的形式传播,这个概念是量子论的重要组成部分。另一篇论文是关于悬浮在液体或气体中的微小粒子的运动,这篇论文肯定了物质的原子论。

在“狭义相对论”中,爱因斯坦说:“光速是恒定的,即每秒近30万千米。无论光从哪里来,也无论谁来测量光速,其速度都是恒定的。但是,时间可以改变,质量也可以改变,还有长度也会变。这些取决你所处的位置与物体或实验的关系。”

假如有两艘飞船,每艘飞船上坐上一名科学家。一艘飞船是红色的,另一艘飞船是蓝色的。除了颜色以外,两艘飞船完全相同,飞船穿越遥远的太空。两位科学家都感觉不到飞船在动,他们都觉得是对方的飞船在动,而自己的飞船没动。当两艘飞船高速飞行时,两位科学家都以完全相同的方式同时做一项实验,将一束光从飞船的地板上照到天花板上的一面镜子上,镜子又将光反射到了地板上。每艘飞船都有一扇窗,这扇窗让两位科学家彼此可以看见对方的实验。蓝色飞船上的科学家看见自己的那束光直上、直下。当他看红色飞船时,发现红色飞船飞得很快,光束并不呈直上、直下状态,而是呈颠倒的“V”字形。红色飞船上的科学家看蓝色飞船也是这样,他们彼此发现对方的飞船时间变慢了。两位科学家都是对的,因为时间的流逝与观察者的位置有关系。他们彼此还发现对方的飞船比自己的飞船短了些。飞船飞得越快,对方的飞船看上去好像越短。虽然对方的飞船看上去短了,但是飞船的质量却增加了,飞船似乎变重了。这个理论很难被接受,但其他科学家通过实验证明了爱因斯坦的理论是正确的。

“狭义相对论”发表10年后,爱因斯坦又发表了“广义相对论”。“广义相对论”将“狭义相对论”扩展到了正在加速的物体的运动,提出了关于引力和物质与能量之间的密切关系的新理论。爱因斯坦的这一新理论建立在他1905年发表的“狭义相对论”关于质量的概念上。

爱因斯坦相信:物体发光时,会失去质量,因为光是一种能量。物质和能量是相同东西的不同形式,这就是他著名的数学表达式:E=mc2。这个公式说明了巨大的能量可以来自微小的物质,也解释了太阳为什么可以持续亿万年不断地发出光和热,并且还引导了原子能的发现。

在广义相对论中,爱因斯坦说:“引力像时间一样并不总是相同的。当观察者加(减)速飞行时,引力会变。来自很大物体的引力,如恒星,可以让光波的路径扭曲并偏向该物体。”这简直令人难以置信。但是,到了1919年,英国科学家在一次日全食时证实了爱因斯坦的理论,爱因斯坦马上闻名全世界。

1933年,希特勒在德国掌权后,爱因斯坦被迫移居美国并继续从事科学研究。他就职于美国新泽西州普林斯顿高级研究所,并于1940年加入了美国国籍。

爱因斯坦是个名人,但你看不出他是个名人,花白的头发又长又乱,穿着也很土气。他拉小提琴或谈论工作时,总是表现出内在的喜悦。他的学生和朋友们说爱因斯坦总会用形象好懂的语言来解释深奥的概念。

爱因斯坦持续25年潜心研究“万物论”,他希望找到一种可以将物理学的各个不同部分连接起来的公共的数学表达式,但没有成功。

1955年4月18日,阿尔伯特·爱因斯坦因主动脉瘤破裂不幸在美国普林斯顿逝世,享年76岁。爱因斯坦是一位伟大的物理学家,是他改变了我们对宇宙的认识。

中国航天之父——钱学森

钱学森是我国杰出的火箭专家,也是我国火箭、导弹事业的奠基人和总设计师。在他的领导下,中国科学家刻苦钻研、奋力拼搏,使中国的火箭、航天事业在短短的三四十年时间里从无到有,从弱到强,并最终跻身于世界航天强国之列。

我国火箭、导弹事业的奠基人和总设计师——钱学森

钱学森祖籍浙江省杭州市,1911年12月11日出生在上海。在他3岁那年,随父亲来到北京生活。

1935年,钱学森获得了清华大学公费出国留学的资格,踏上了美国的土地,他最先来到马萨诸塞州的坎布里奇市。坎布里奇市与该州首府波士顿隔查尔斯河相望,是一座只有10万人口的小城市,然而它却因为拥有两所世界著名的高等学府而成为许多青年学子心目中的圣地。这两座学府一是麻省理工学院,一是哈佛大学。钱学森最先就是在麻省理工学院攻读飞机制造专业并在第二年就获得了硕士学位。

钱学森曾就读过的清华大学

在校学习期间,钱学森对火箭与航天事业产生了浓厚的兴趣,他敏锐地意识到这门新兴科学在未来对一个国家的重要性,于是毅然于1936进入加利福尼亚理工学院学习,师从著名科学家冯·卡门教授,成为他领导的“古根海姆航空实验室”的研究生。

冯·卡门是匈牙利人,1934年后移居美国,他是当时最为著名的空气动力学专家,也是美国现代火箭事业的创始人之一。在冯·卡门教授的倡导下,以他为首的整个课题组内学术气氛非常自由,每个星期都要举办小型的学术报告会,无论是谁都可以畅所欲言,既可以提出自己的学术观点,也可以批评别人的错误,甚至可以就某个有争议的观点向冯·卡门教授发难,冯·卡门本身就经常和学生们争得面红耳赤。在这种学术讨论会上,钱学森经常能提出具有独特性和创造性的观点,颇为引人注目。

冯·卡门教授很快就发现了这个年轻的中国学生在物理学和数学领域的不可多得的天赋,于是对他的指导格外认真。这位大科学家毫不掩饰他对钱学森的赞赏之情,他对别人这么评价钱学森:“他在许多数学问题上和我一起工作,我发现他非常富有想象力。他具有天赋的数学才华,而且能成功地将它与准确的洞察自然现象中的物理模型的非凡才能结合在一起。他和我是亲密的同事。”

这并不是什么溢美之词,而事实上,钱学森对冯·卡门的研究的确提供了很大的帮助。他们一起提出了高超声速流动理论,而以他们的名字命名的“卡门—钱”公式至今仍然在高亚声速飞机设计中被广泛应用。

在古根海姆实验室,钱学森开始对火箭技术进行深入研究。他与另一位志同道合的研究生马林纳一起发起成立了一个民间性质的火箭研究小组,不懈地进行着实验和研究。他们在开始时常面临经费不足,无法购买足够设备的窘境,于是他们就亲自动手制作,在简陋的条件下完成了许多实验。由于客观条件所限,他们的实验室中时有爆炸发生,经常让整个大楼都充满了有毒气体,以至于他们的实验小组被加州理学院的师生戏称为“自杀俱乐部”,而其实验室也成了校园内的独特风景。就是在如此艰难的实验环境下,他们热情百倍地工作着,有时甚至是冒着生命危险来工作。他们在这些实验中观察到许多全新的现象,积累了大量的实践经验,为日后进一步的研究打下了良好的基础。事实证明,就是这个“自杀俱乐部”的研究和实验工作,在日后大大推进了高速气体动力学和喷气动力学的发展。

1938年,为了更好地进行实验,钱学森和马林纳在帕萨迪纳的阿洛约塞克搭建了一个火箭发射台,这也是全美国第一个比较正规的火箭发射台。这时战争的阴云已经逐渐笼罩在人们的头上,因此火箭研究小组的研究工作开始受到美国官方的重视,美国空军向他们提供了经费和实验场地等多方面的支持。实验小组的条件得到了极大的改善,这更激起了他们研究的热情。战争期间,美国军方加大了对这个小组的投入,可以说战后美国火箭技术之所以能够迅速发展,和这一时期钱学森等人为之打下的研究基础有很大关系。

二次大战刚刚结束,冯·卡门教授被授予少将军衔,领导一个军事代表团去德国考察、研究并接收德国的火箭研究机构和设备。在这个代表团里自然也少不了钱学森,他作为冯·卡门教授的重要助手也被授予了美军的上校军衔,顺便说一句,这也是中国公民在美国军队中获得过的最高军衔。在德国,美军代表团审讯了身为战犯的近代流体力学奠基人、著名空气动力学科学家路德维希·肖朗特,而有资格参加这次审讯的只有三个人,钱学森就是其中之一。其实与其说是审讯,不如说是几个著名学者在一起研讨火箭研究的技术问题。这次“审讯”也使钱学森有机会了解到了当时火箭研究的最尖端和最成熟的科技。

1947年,钱学森被提升为教授,这也是加州理工学院最年轻的终身教授,这一年他只有36岁。此时的钱学森已经是公认的国际著名火箭、航天学科的专家。他和冯·卡门一起参与了美国空军火箭远景发展规划的制定。

美国人对钱学森的工作给予了高度的评价,并且给予他一家极其优厚的待遇。然而,钱学森的心中从来没有忘记东方那片令他魂牵梦萦的故土,当新中国成立的消息传来的时候,他作出了一个重大决定:回中国去!

美国政府使用了种种手段阻挠钱学森回国:先是借口他的行李中有不能携带出境的书籍推迟其回国日期,继而污蔑他是“外国共产党间谍”将其逮捕入狱,释放后又禁止他接触任何机密资料,实际是将他软禁起来。在对他进行迫害的同时,美国政府又多次以丰厚的物质利益引诱钱学森放弃回国的念头。总之,是绝对不让他离开美国半步。用当时美国海军次长金布尔的话来说,就是:“我宁肯把他枪毙,也不能放他回中国。他知道的实在太多了,无论在什么地方,这家伙都值五个师!”

中国政府在得知了钱学森的情况后,立即通过外交渠道与美国进行了严正交涉,要求美国政府立刻停止对这位杰出科学家的迫害,并允许他离开美国,返回祖国;钱学森的同事、朋友也四处为他奔走呼号,同时许多有正义感的著名科学家在得知了钱学森的遭遇后,纷纷公开发表声明,谴责美国政府这种逼迫的做法,要求他们尊重科学家的选择。在这些热心人的帮助下,在中国政府的积极努力下,1955年秋天,钱学森终于踏上了祖国的土地。

对此,一位美国将军评价说:“(放钱学森回国)是美国政府做的最愚蠢的事。”加州理工学院院长的话在幽默中又透出几分无奈:“我们都知道,他回国不是去种苹果的。”

回国后,钱学森立刻投入到建设我国自己的火箭、航天事业的工作中去。他在中国的火箭、导弹、航天等事业的建设中发挥了极其重要的作用,作出了巨大的贡献。

卡门—钱公式

所谓“卡门—钱公式”,又称“卡门—钱学森法”,是由被誉为“航空航天时代的科学奇才”的匈牙利犹太人冯·卡门和他的学生钱学森在1939年推出的。这个公式是由冯·卡门提出命题,然后由钱学森做出结果。“卡门—钱公式”,第一次发现了在可压缩的气流中,机翼在亚音速飞行时的压强和速度之间的定量关系。通俗地说来,就是当飞机的飞行速度接近每秒为340米的音速时,空气的可压缩性对机翼和机身的升力的影响究竟有多大,“卡门——钱公式”回答了这个问题,准确地表达了这种量的关系,并且为实验所证明。