(5) Batchelor的故事 . V9 B7 f7 O6 {! J
Batchelor 是GI Taylor之后,剑桥学派的领袖。不过他其实并不是英国人,而是澳大利亚, k* B1 _; O" u! Q. W ]" U
人。他从小在墨尔本长大。第二次世界大战其间,在从事了一个航空相关的课题研究中,
# \6 {2 c, s2 W他对湍流研究产生了浓厚的兴趣,尤其是GI Taylor三十年代关于湍流研究的工作。于是他
/ q8 s, [9 d/ E2 n. S& E) \" ?就给Taylor写信,想做他的research student。Taylor很快同意了。Batchelor是一个很跋
# p6 h' f& i7 o. U3 {3 L扈的人,说话颇有些像黑社会的老大的风范。他有一个死党和跟屁虫。他非常想让这个跟0 H l+ {! p0 I! ^7 j/ P) x! A$ q& t
屁虫跟他一块到英国去研究湍流,省得他一个人寂寞。这个死党呢,大学学的是跟湍流八
! d* B& g8 b+ o( r( b; _竿子打不着的核物理。这并不要紧,Batchelor充分发挥了他黑社会老大般的威严对他说,
9 N- D1 ^& `9 j' a, a8 V; P# _) J0 s“跟我到英国找Taylor研究湍流去吧!”这个铁杆兄弟也不含糊,立刻说,好,跟老大走
, Q5 M4 i0 j5 r! d。不过走前,你回答我两个问题:谁是 G.I. Taylor? 湍流是什么玩艺?前一个问题好回1 ]: K( D+ p: f& k: W7 v
答,后一个问题,Batchelor究竟是怎么回答的,是威逼利诱,还是晓之以理动之以情说服
. ~! s& n$ a2 _) l8 D2 J, u的,大家一直为这个问题争论了几十年。总之,最后两人都去了英国。见了Taylor呢,两: z8 S S* M. S; Y8 ~) x# C
人都失望了,原来Taylor已经不搞湍流了,全力搞什么水下爆炸之类的跟军事有关的课题
% C( U% T$ Y4 X& X5 i1 l& }9 l(估计这个来钱)。好在大师就是大师,让这两个年轻人自编自导自己去折腾,在旁边指 x5 h& G. V! H- n. g2 H4 ?
导指导。最后两人都成为大师。Batchelor的这个小兄弟究竟是谁呢?呵呵,就是大名鼎鼎
) B1 s+ ^/ A' w+ `* R) I* T$ g的AA Townsend。这个故事再次说明跟好一个老大是多么重要亚。
4 S1 V5 E& f+ L6 \% |' oBatchelor曾经一度以为可以在他手上终结湍流问题。所以那段时间,在湍流研究上特别努
* }- ]" S3 Z' {" i- i9 r: o7 j力,结果当然是大失所望。Batchelor被湍流折磨得心力憔悴,50年代后期以后逐渐把精力, R y, `) n3 n+ {2 P3 q' g. F; J: Y
从科研转移到了写书,创办应用数学力学系和JFM杂志上来。前面文章说了,为了多活几年1 K7 C, G$ h! x- S8 T) ]
不要搞湍流,这个故事则告诉我们,为了不郁闷,生活充满阳光,也不要搞湍流。另一个4 x; Z6 |* p+ t) f; q
被湍流折磨死掉的大牛就是量子力学里面的Heisenberg。年轻的时候,靠着他的天才禀赋
' ^5 p- u; R: [% _5 {2 \: W& S,胡乱猜了一个湍流解获得了博士学位,后半生被湍流研究折磨而死,临终时候都念念不 H1 W- O- u. ?$ @
忘。用《大话西游》里面的话来说应该是怎么来着?我猜中了这个开头,可是却猜不到这* }* H0 k1 ]6 N2 ~$ R' M% n' ] z
个结局。
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1 e, q+ N( C! {" \0 c9 A3 x(6) Von Neumann的故事 8 A0 i4 J* @0 k/ P/ Q8 W
Von Neumann是天才里面的天才。据说他6岁能心算8位数除法,8岁时已掌握了微积分,12; \. d) W# C+ S% n
岁时能读波莱尔的著作《函数论》……。有一次,冯·诺伊曼对他的朋友说:\"我能背诵
9 n2 K# U$ `; w `; M《双城记》\"。人家就挑了几章作试验,果然他-一背诵如流。他对于圆周率π的小数位数# o3 \; z0 n+ P- E+ z, A$ g
,自然对数的底e的数值以及多位数的平方数和立方数……四十年代的时候,Von Neumann4 Q0 [! W7 z4 N* c
在曼哈顿计划里面主要负责数值计算工作,他的另外两个同事就是费米和费曼。牛人在一
" u$ Z( [7 t3 D0 L起当然就喜欢比一比。需要做一个复杂的数值计算时,他们三人立即一跃而起。费米呢,
- `# o7 r# \ z8 i- P! Y5 f& {! ^上了点年纪,就拉计算尺计算,费曼呢,年轻人喜欢接受新事物,就用台式计算机,而冯
5 p% K: |2 W* K6 Q4 P- r·诺伊曼啥都不用,总是用心算。可是冯·诺伊曼往往第一个先算出来,当然这三位杰出
3 d# p9 h8 v r+ B6 t3 a2 d" `7 [学者所得出的最后答数总是非常接近的。(好啦,好啦,俺实在不愿继续写他的非凡事迹9 [, b8 F) S4 J }% u$ }
了,越写越自卑,越写越郁闷。) 0 e9 ` Q6 @) O- F4 \9 g
也就是在这段时间,Von Neumann提出了CFD上面非常有名的Neumann稳定性分析。这个现在* {! E8 \9 o9 X! ~2 g+ z
本科生都晓得的东西,在当时被美国军方列为高度军事机密,这一保密就是十年。俺每次
" @$ {7 [! ~' E7 R, @! D5 D读到这段的时候,常常想起哈里森.福特的《夺宝奇兵》的最后一个镜头。【说到这里,顺
/ T9 s1 j) t' I便扯远一点,很多人,包括数学系人都认为Neumann稳定性分析为无条件稳定的格式,就意
: ~* S$ |3 ]$ i* G# Y# i味着计算时间步长选取是不受限制的,这个认识是不正确的。Neumann稳定只保证格式的对
: B/ ~% }) q8 F) B" l幅度是保真的,但是并不保证是保相位的,相位的误差的累积也足以把一个结果改得面目
" x% z+ y, [* e全非】
( W ~! ]6 W. p9 ?, `1 `8 m* W前面讲过了一个让同事不爽的天才,而Von Neumann则属于让lp不爽的天才。某天lp让他上
0 T: ]" U! I8 z! K1 O7 _5 n班途中顺便仍包垃圾,结果中午回来的时候,他又把垃圾带回来了,而他的公文包被他当8 n. M/ @ ~6 s
垃圾扔了。另外一次,lp回来后,Von Neumann问她,我的水杯在那里呢,我找了一下午都
! ]3 g. N, W0 d9 i, a没有找到。Lp大叫,天啦,我们在这个房子里面生活了十五年!天才的才气往往同寿命成
& p# m( ^7 z* P& W0 T0 u3 h反比,Von Neumann也不例外,刚过50多点点就去世了。应了俺本科上铺曾经爱说得一句话4 c+ k5 J, g; \% S$ w* N
,天才是两头燃烧的蜡烛,明亮,但不会长久。 $ i8 c4 N4 y8 j) A3 i$ e9 l
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(7) Kuchemann的故事 % a) u# i7 @) @; p) g% ?
今天要讲的是关于Kuchemann的故事。一看这名字就知道是德国人,1930年19岁的他进入了
1 d7 }- i. J4 b当时世界上最NB的大学Goettingen大学。起初他不是学流体的,而是理论物理的,他的导6 V5 F/ k9 S% X' T1 A1 z/ ^9 v
师就大牛M. Born。如果希特勒不上台,也许他会沿着理论物理学的道路走下去。然而193
7 ]( j7 m! U( I5 [' ^1 T2 U; m0 H* ]3年希特勒上台,推行歧视犹太人政策改变了这一切,Goettingen大学里面同犹太人沾亲带
, `$ c; w" C, M1 O% v故的人纷纷远走他乡,这也包括了Born。为此Kuchemann郁闷坏了,因为他找不到一个他看3 y C4 t* j/ j
得上眼的大师级的导师。于是他翻开 G大的研究生招生手册,翻来翻去,终于找到了一个
" T& h9 o3 v* f没有走的大牛——近代流体力学大师Prandtl。于是他就拜Prandtl为师,改学空气动力学
: Y2 q+ j! _7 }2 U5 j3 B- e$ u起来。在Prandtl和Tollmien(发现T-S波的那个大牛)的指导下,25岁就获得了博士学位" S0 q b) M! ~5 V8 h2 _
。
, y+ q2 J u% q& _7 W3 M6 R欧一直怀疑Kuchemann是个种族主义者,即使不是,也肯定是欧洲至上主义者。这家伙特别8 L$ A% v* z" s, M6 O$ f- O2 F* \
瞧不起美国这个暴发户。二战后随着美国的崛起和欧洲的衰落,欧洲科学家纷纷踏上移民! n* J z- Z% |
美国的之路,美国屡次三番的邀请他去,他就是不去,他说他是欧洲人,他要呆在欧洲,0 O/ W, u+ h6 J. v
于是他宁可去了英国,也不去美国。他在英国一直呆到1976年去世。
5 z9 I; L5 T8 B/ S- c3 i他老人家最大的贡献是两个,一个是实用的脱体涡流型,在他之前人们都认为机翼只能采
, ^: E0 h/ v% E; y5 \% G6 d8 h用附着流型,涡分离是必须避免的。有了他的理论,现在高速飞行很常用的前缘三维分离3 M+ [; L" {0 E! o
涡产生涡升力的细长机翼才得以实现(可笑的是,中国的气动教科书直到现在还在以附着3 G% h/ O- O$ D: ? l- M( X5 L
流型为例,用白努力方程给学生解释升力产生的原因)。他的第二个重大贡献就是压缩波( t2 j: U8 t. A) e; G
产生升力的高超声速流型,也就是现在称为乘波体的飞行器。可惜在他有生之年没有能够
& m9 @+ s$ ^2 X" _/ A2 i看到这个流型的应用。直到今年3月27日,美国采用他的乘波体方案以超燃冲压发动机为动6 l; A5 D. @* x$ V
力的的X-43A飞行成功,实现了7马赫数的w稳定飞行,一举打破了SR71在40年前创下的3.
\3 a1 L$ b1 X, Z3马赫的飞行记录。0 y5 v/ N8 s( F! K: ]
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他老人家还说过一句,让所有从事CFD工作的人们需要永远永远铭记的话:Z每一种具体的
" w( T% A! @ L$ Y: g+ ~7 I) R理论或数值方法都是暂时的,而对流动本质的理解却是永恒的。 |