Ein wissenschaftliches Genie tanzt im Wind: Gedenken an den 60. Todestag von Karmans

Theodore von Karman ist eine repräsentative Persönlichkeit auf dem Gebiet der bemannten Raumfahrt. Er ist Aerodynamiker, Ingenieur und angewandter Mathematiker. Er praktiziert und betont die „Nutzung der Mathematik zur Steuerung der technischen Forschung“, und seine Ergebnisse haben das Weltbild beeinflusst. Die Chinesen erinnern sich auch an ihn, weil er viele chinesische Schüler ausgebildet hat, insbesondere an sein akademisches Erbe und seine Zusammenarbeit mit Qian Xuesen, die zu einer guten Geschichte geworden ist. Im Jahr 2023 jährt sich von Karmans Tod zum 60. Mal. Dieser Artikel ist dem Gedenken an dieses wissenschaftliche Genie gewidmet.

Geschrieben von Ding Jiu (Professor für Mathematik an der University of Southern Mississippi)

Vor sechzig Jahren, am Morgen des 18. Februar 1963, stand ein 81-jähriger Mann, umgeben von Freunden aus aller Welt, im Rosengarten des Weißen Hauses und wartete darauf, die erste National Medal of Science entgegenzunehmen. Als Präsident Kennedy in Begleitung seiner Berater eintraf, begab sich die Gruppe zum Empfangsbereich. Der alte Mann, der an Arthritis litt, schleppte seine Füße nach und blieb oben auf der Treppe stehen, als hätte er Schmerzen. Der Präsident ging schnell auf ihn zu und schüttelte ihm den Arm.

Er blickte zu dem jungen Präsidenten auf und schüttelte die unerwünschte Hilfe sanft ab.

„Herr Präsident“, sagte er mit einem traurigen Lächeln, „wir brauchen keine Hilfe beim Abstieg, nur beim Aufstieg.“

Dies ist möglicherweise sein letztes berühmtes Zitat, das der Welt noch geblieben ist. Es steht am Anfang des Vorworts „Working with Genius“, das der Biograf Lee Edson für seine Autobiografie geschrieben hat (diese Autobiografie wurde vom Autor diktiert und über viele Jahre hinweg in Zusammenarbeit mit Edson fertiggestellt). Als ich dieses Buch im Frühjahr 1995 aus der Bibliothek der Universität, an der ich lehrte, auslieh, las, war ich vom Humor des Themas tief fasziniert. Nachdem ich das Buch gelesen hatte, stellte ich fest, dass die humorvollen Geschichten aus seinem Leben und seine erstaunlichen wissenschaftlichen Errungenschaften über die Seiten wehen wie das Schlüsselwort „Wind“ im Titel seiner Autobiografie „The Wind and Beyond“.

Der vollständige Name des alten Mannes lautet Theodore von Kármán (11. Mai 1881 – 6. Mai 1963). Er war damals der größte Aerodynamiker der Welt. Er erhielt die Auszeichnung von der US-Regierung „für seine Führungsrolle in den wissenschaftlichen und technischen Grundlagen der Luftfahrt, für seine wirkungsvolle Lehrtätigkeit und damit verbundene Beiträge in vielen Bereichen der Mechanik, für seine herausragende Beratung der Streitkräfte und für seine Förderung der internationalen Zusammenarbeit in Wissenschaft und Technik.“

Die erste Medaille der von den Vereinigten Staaten gestifteten National Science Medal wurde nicht an einen Mathematiker wie André Weil (1906–1998), einen Physiker wie Richard Feynman (1918–1988), einen Chemiker wie Linus Pauling (1901–1994) oder einen Biologen wie James Watson (1928–) verliehen. Stattdessen wurde der Preis einem Aerodynamiker verliehen, weil sein Beitrag für das Land unter den herausragenden amerikanischen Wissenschaftlern beispiellos war und sogar dazu beitrug, den Lauf der Menschheitsgeschichte zu verändern. Wäre sein Mathematikerkollege John von Neumann (1903–1957) damals noch am Leben gewesen, wäre vielleicht nur dieser qualifiziert gewesen, mit ihm um diese höchste Ehre zu konkurrieren. Dieser weltberühmte Mechaniker erhielt in jungen Jahren eine hervorragende Ausbildung in Mathematik und Physik und war tatsächlich ein hervorragender angewandter Mathematiker. Er wandte die Mathematik in großem Umfang in der Mechanik an, und selbst seine humorvollen Bemerkungen, als er dem Präsidenten für seine Hilfe dankte, waren mit der Weisheit eines Mechanikers ausgedrückt.

Präsident Kennedy überreicht von Karman den Nobelpreis (1963)

Drei Monate nach der Verleihung des Preises starb von Karman auf einer Reise in Aachen, nur fünf Tage vor seinem 82. Geburtstag. Er wurde in Ungarn geboren und war wie sein jüngerer Bruder John von Neumann ein Wunderkind. Aufgrund seines unerreichbaren Talents wurde er einer der wenigen „Männer vom Mars“ genannt. Er wurde in Südkalifornien begraben, wo er lange Zeit am California Institute of Technology gearbeitet hatte. Er blieb sein Leben lang unverheiratet und wurde dort mit seiner Mutter und seiner Schwester begraben, die ebenfalls nie heiratete. Er hat ein legendäres Leben, lebendige Geschichten und große Erfolge vorzuweisen. Er ist ein großer Mann seiner Generation, der Lob verdient.

Der Beginn des Genies

Von Karman war ein Jude, der während der österreichisch-ungarischen Monarchie in Budapest geboren wurde. Sein Vater, Mór Kármán (1843–1915), war ein berühmter Pädagoge, der sich für die Begabtenförderung einsetzte. Er reformierte das ungarische Schulsystem und gründete in Budapest das Minta-Gymnasium nach deutschem Vorbild. Das Minta-Gymnasium brachte zusammen mit zwei anderen ungarischen Elite-Sekundarschulen, dem Fasori-Lutherischen Gymnasium und dem Piaristen-Gymnasium, eine Reihe von Weltklasse-Talenten hervor: Von Karman, die Mathematiker Alfred Rényi (1920–1971) und Peter Lax (1926–), die Physiker Leo Szilard (1898–1964) und Edward Teller (1908–2003) machten am ersteren ihren Abschluss; Die Physik-Nobelpreisträger Eugene Wigner (1902–1995) und von Neumann schlossen ihr Studium an der Fasori Lutheran im Abstand von einem Jahr ab. Der revolutionäre Dichter Sándor Petőfi (1823-1849) war Absolvent der Piaristenschule. Mór Kármán diente als Bildungskommissar und war verantwortlich für die „Planung der Ausbildung des jungen Großherzogs, des Cousins ​​des Kaisers“ und wurde 1907 geadelt.

Von Karmans Vater hatte schon vor langer Zeit erkannt, dass sein Sohn frühreif war, und setzte seine eigene Erziehungsphilosophie bei seinem Sohn in die Praxis um. Im Alter von sechs Jahren konnte von Karman „große Kopfrechenaufgaben“ erledigen, beispielsweise sechsstellige Zahlen multiplizieren. Ähnliche Aufzeichnungen lesen wir auch in von Neumanns Biografie. Es scheint, dass das Testen der Kopfrechenfähigkeit im Bereich der Multiplikation mehrstelliger Zahlen eine notwendige Voraussetzung dafür ist, ob ein Kind ein „Genie“ ist. Es ist einfach und praktisch. Wenn das Kind diesen Test nicht besteht, müssen die Eltern weder Geld noch Energie aufwenden, um ihr Kind in Olympiaklassen oder ähnliche Einrichtungen zu schicken. Mir selbst fehlte schon seit meiner Kindheit die Fähigkeit zum Kopfrechnen mit mehrstelligen Multiplikationen, daher ließen meine Eltern mich einfach frei entfalten und griffen nie ein. Dies ersparte ihnen nicht nur Sorgen, sondern ermöglichte mir auch, mich bis an die Grenzen meines IQs zu entwickeln.

Von Karmans Vater ermutigte seinen Sohn nicht zu früh, eine mathematische Ausbildung zu erhalten, da er befürchtete, dass er ein Wunderkind und ein Freak werden könnte. Dies steht im Einklang mit der Einstellung von Yang Zhennings Vater, Yang Wuzhi, gegenüber intelligenten Kindern. Sein Vater unterrichtete ihn selbst oder bat seine eigenen Schüler, ihn zu unterrichten, bis er im Alter von zehn Jahren auf die Minta Secondary School geschickt wurde. In seinem letzten Jahr an der Sekundarschule erhielt von Karman den Eötvös-Preis, der an den besten ungarischen Schüler in Mathematik und Naturwissenschaften verliehen wird.

Da von Karmans Alma Mater viele Menschen wie ihn hervorgebracht hat, die ihre Namen in die Geschichte eingegangen sind, wollen wir sehen, wie er, der späteren Generationen auch als Pädagoge in Erinnerung bleibt, auf die von seinem Vater gegründete Schule zurückblickt:

Alles wurde gelehrt, indem der Bezug zum Alltag aufgezeigt wurde. Ich erinnere mich zum Beispiel, dass wir in unserer ersten Lateinstunde nicht mit grammatikalischen Regeln begannen. Stattdessen sollten wir durch die Stadt gehen und Inschriften von Statuen, Kirchen und Museen abschreiben. … Als wir diese Sätze sammelten und in den Unterricht mitbrachten, fragte uns der Lehrer, welche Wörter wir schon kannten. Normalerweise erkannten wir mehrere Wörter darin. Wenn nicht, schlugen wir sie nach. Dann fragte er uns, ob wir verschiedene Formen desselben Wortes erkannten. Warum waren die Formen unterschiedlich? Weil sie unterschiedliche Beziehungen zu anderen Wörtern in der Inschrift zeigten. So machten wir weiter, bis wir jeden Satz verstanden und wussten, warum er auf dem Denkmal angebracht war.

Die Mathematik, die ich so eifrig studierte, wurde im Licht alltäglicher Statistik gelehrt. … Zum Beispiel recherchierten wir Daten zur Weizenproduktion in Ungarn über mehrere Jahre. Wir erstellten Tabellen und erstellten anschließend Diagramme, um die Veränderungen zu beobachten und die Maximal- und Minimalwerte der Weizenproduktion zu ermitteln. In den Diagrammen suchten wir nach Korrelationen und lernten etwas über „Änderungsraten“, was uns an die Grenze der Infinitesimalrechnung brachte. So lernten wir auf praktische Weise, dass es bestimmte Beziehungen zwischen sich verändernden Mengen gibt, und wie beim Latein lernten wir gleichzeitig etwas über die sich verändernden sozialen und wirtschaftlichen Kräfte im Land.“

In seiner faszinierenden Autobiografie, die von Karman erzählt und vier Jahre nach seinem Tod veröffentlicht wurde, sagte er weiter, dass die Schüler an dieser Schule „nicht mehr auswendig lernen mussten, sondern Zahlen nachschlugen, Diagramme zeichneten, nach Korrelationen zwischen verschiedenen Mengen suchten oder aus im Alltag gesammelten lateinischen Wörtern einige der elementaren Regeln der Beugung und Deklination lateinischer Substantive und Verben ableiteten.“

Im Jahr 1899 schrieb sich von Karman an der Royal Joseph University of Technology in dieser Stadt ein, um Ingenieurwissenschaften zu studieren. Drei Jahre später schloss er sein Studium des Maschinenbaus ab. Seine Abschlussarbeit lautete „Die Bewegung eines schweren Stabs mit kreisförmigem Ende, der von einer horizontalen Ebene getragen wird.“ Anschließend verbrachte er ein Jahr als Artilleriekadett in der österreichisch-ungarischen Armee. Die nächsten drei Jahre verbrachte er als Assistent an seiner Alma Mater. Im Jahr 1906 wechselte er zu dem Mechanikermeister Ludwig Prandtl (1875–1953) an die Universität Göttingen, einem bedeutenden akademischen Zentrum Deutschlands, und promovierte 1908 bei ihm. Sein Forschungsthema war „Mathematisches Modell des Knickens großer Strukturen“. Dies war der Beginn der „Nutzung mathematischer Theorien zur Steuerung der technischen Forschung“, die er sein Leben lang besonders betonte und praktizierte.

Pionier der Luftfahrt

Von Karmans Karriere begann in Göttingen, wo es nicht nur den „Alexander der mathematischen Welt“ David Hilbert (1862–1943) gab, sondern auch eine Gruppe aktiver theoretischer Physiker, die gerade begannen, sich in der Quantenwelt zu etablieren. Von Karman nahm reichhaltige Nahrung aus der Welt der Mathematik und der Physik auf. Er belegte hochmoderne Mathematikkurse, besuchte Seminare und forschte gemeinsam mit Max Born (1882–1970) in der theoretischen Physik. Schließlich wählte er die Mechanik, insbesondere die angewandte Mechanik, als sein lebenslanges Forschungsgebiet und stellte seine herausragenden Talente in der Luftfahrtpraxis unter Beweis.

Nach seiner Promotion blieb von Karman vier Jahre lang als Dozent an der Universität Göttingen. Im Jahr 1913 folgte er der Einladung, als Dekan der Luftfahrtschule an der Technischen Hochschule Aachen zu fungieren. Im darauf folgenden Jahr brach der Erste Weltkrieg aus und von 1915 bis 1918 entwarfen er und zwei weitere ungarische und tschechische Ingenieure erste Hubschrauber für die österreichisch-ungarische Armee, die nach den drei Männern benannt wurden: Petróczy-Kármán-Žurovec. Nach dem Krieg kehrte er mit seiner Mutter und seiner Schwester Josephine (Josephine de Karman) nach Aachen zurück. In den darauffolgenden Jahren widmete sich von Karman nicht nur der theoretischen Forschung, sondern entwickelte mit einer Gruppe gleichgesinnter deutscher Luft- und Raumfahrtingenieure auch Segelflugzeuge, um die Aerodynamik weiterzuentwickeln.

Es heißt oft, dass hinter jedem erfolgreichen Mann eine großartige Frau steht, und diese Frau ist normalerweise die Ehefrau des Mannes. Doch im Fall von Karman war diese Frau seine einzige Schwester. Um von Karmans großer Sache willen blieb sie sogar unverheiratet, so wie er es sein Leben lang tat. Sie begleitete und pflegte ihn fast ihr ganzes Leben lang. Dies ist eine weltweit seltene Familienweihe. Mit ihr lässt sich vielleicht nur die Mutter des legendären ungarischen Mathematikers Paul Erdös (1913–1996) vergleichen, der ebenfalls zeitlebens unverheiratet blieb. Erdös‘ Mutter begleitete ihren Sohn bis ins hohe Alter auf mathematischen Reisen rund um die Welt. Josephine ermutigte ihren Bruder, seine Forschung über die Landesgrenzen hinaus auszudehnen, und von Karman organisierte 1922 den ersten Internationalen Kongress für Mechanik, dessen Schwerpunkt auf Strömungsdynamik und Aerodynamik lag. Auf Seite 104 seiner Autobiografie erinnerte sich von Karman:

Es gelang mir, ein Treffen mit Dr. Tullio Levi-Civita zu vereinbaren, einem angesehenen Mathematiker der Universität Rom, und wir beschlossen, den ersten Internationalen Kongress für Mechanik abzuhalten. Wir luden Franzosen, Briten und Amerikaner ein und trafen uns mit ihren ehemaligen Feinden, den Deutschen, Österreichern und Ungarn, in Innsbruck, Österreich. Meine Schwester und ich bezahlten die Sekretärin aus eigener Tasche.

Zwei Jahre später fand im niederländischen Delft der erste Internationale Kongress für Angewandte Mechanik statt. 1946 wurde auf dem Sechsten Internationalen Kongress für Angewandte Mechanik in Paris die Internationale Union für Theoretische und Angewandte Mechanik gegründet. Diese Konferenz der Mechaniker, die von Karmans Konzept der internationalen Kommunikation vollständig veranschaulicht, findet seit hundert Jahren statt.

Von Karman, der in der europäischen Wissenschaftsgemeinschaft gerade erst aufkam, stand dem alten Neumann auch mit Ratschlägen bei seiner zukünftigen Karriereplanung zur Seite. Den Erinnerungen in seiner Autobiografie zufolge war der Vater des 17-jährigen talentierten Jungen, ein Bankier, beunruhigt über das mathematische Konzept der „Unendlichkeit“, das sich sein Sohn selbst beigebracht hatte. Deshalb ging er mit ihm zu von Karman, in der Hoffnung, dass der Ingenieursprofessor seinen Sohn davon abbringen würde, Mathematiker zu werden. In seinen Worten: „Mit Mathematik lässt sich kein Geld verdienen.“ Nach dem Gespräch mit dem Jungen dachte von Karman an die Erfahrung seines Vaters zurück, der ihn nicht zu früh mit der Mathematik in Berührung kommen ließ, ihn jedoch nicht daran hinderte, schließlich die wahre Bedeutung der Mathematik zu lernen. Daher war dies keine schlechte Sache. Daher schlug er dem Bankier einen Kompromissplan vor: Von Neumann studierte Chemieingenieurwesen, wie es sein Vater verlangte, und reine Mathematik, die ihn begeisterte, gleichzeitig an zwei Universitäten in verschiedenen Ländern – der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich und der Eötvös-Loránd-Universität in Ungarn. Infolgedessen erlangte dieses Genie einen Abschluss in Chemieingenieurwesen, ohne praktisch irgendwelche Kurse zu besuchen, und schrieb noch vor seinem zwanzigsten Lebensjahr eine mathematische Arbeit über Mengenlehre.

Von Karmans Beziehung zu den Vereinigten Staaten begann mit einem Telegramm, das ihm Robert Millikan (1868-1953), Nobelpreisträger für Physik und Präsident des California Institute of Technology, im Jahr 1926 schickte. Darin lud er ihn zu einem Besuch in die Vereinigten Staaten ein, in der Hoffnung, er würde dieser florierenden jungen Universität dabei helfen, ein Luftfahrtlabor einzurichten und einen Windkanal zu bauen. Windkanäle werden verwendet, um die Aerodynamik von Flugzeugen, Raketen, Autos und sogar Gebäuden zu testen. In einem Windkanalaufbau bleibt ein Objekt in einer großen Röhre stationär, während Luft um es herumgeblasen wird, um die Wechselwirkung zwischen dem Objekt und der bewegten Luft zu untersuchen.

Von Karman war sein ganzes Leben lang äußerst humorvoll und in seiner mündlichen Autobiografie sind viele witzige Geschichten enthalten. Eine davon bezog sich auf seine erste Reise in die Vereinigten Staaten. Nachdem von Karman von Europa aus zum ersten Mal das Caltech besucht hatte, besuchte er unterwegs auch das MIT und andere Institutionen, um dort Reden zu halten. In San Francisco, seiner letzten Station vor seiner Abreise aus den USA nach Japan, wurde er von Reportern interviewt. Aufgrund seines starken ungarischen Akzents hatte der Reporter bei der Beantwortung einer Frage irrtümlicherweise geglaubt, sein Ziel in den Vereinigten Staaten sei der Besuch des „Labors“ gewesen, und hatte es als Besuch der „Toilette“ aufgefasst, was damit überhaupt nichts zu tun hatte. Ihre englischen Namen lauten „Laboratorium“ und „Lavatory“ und werden ähnlich ausgesprochen. Wenn man also nicht aufpasst, kann man sie leicht verwechseln. Vor mehr als zehn Jahren wurde ein chinesischer Professor eingeladen, an einer Spitzenuniversität in China zu lehren. Er besitzt zwei Doktortitel von renommierten amerikanischen Universitäten und kann bemerkenswerte akademische Leistungen vorweisen. Bei einem lockeren Gespräch nach einem Abendessen bei einem Meeting im Ausland machte er jedoch gegenüber einem chinesischen Professor einen humorvollen Scherz, dass seine englische Aussprache während seiner Lehrtätigkeit an einer Ivy-League-Universität in den USA wirklich schlecht gewesen sei. Vielleicht konnte er es schließlich nicht mehr ertragen, floh aus dem fremden Land und kehrte in die Welt seiner Muttersprache zurück, um Menschen zu unterrichten und zu erziehen. Ich glaube, dass viele chinesische Wissenschaftler, die in den Vereinigten Staaten studieren und lehren, Probleme mit der ungenauen englischen Aussprache haben.

Von Karmans Besuch in diesem Jahr bestärkte Caltech in seinem Entschluss, in den Vereinigten Staaten eine erstklassige aerodynamische Forschungsbasis aufzubauen. Im Jahr 1930 bot ihm die Schule offiziell eine Vollzeitstelle als Direktor des Guggenheim Aeronautical Laboratory an. Zu dieser Zeit grassierte in Deutschland der Nationalsozialismus, was dem jüdischen Mann von Karman große Sorgen bereitete. Er beschloss, Europa zu verlassen, und seine dreiköpfige Familie, darunter seine Mutter und Schwester, zog nach Los Angeles in Südkalifornien, wo das Klima angenehm war. Er saß bis 1949 auf dem Bürostuhl des Laborleiters und übergab seinen Platz dann an Clark Millikan (1903–1966), den Sohn von Präsident Millikan und einen herausragenden Luftfahrtwissenschaftler, der ihn in die Vereinigten Staaten einlud.

Kalifornische Jahre

Ab 1930 baute von Karman Caltech schrittweise zu einem weltweiten Zentrum der Aerodynamik aus und bildete auch eine Reihe erfolgreicher Doktoranden aus, darunter mehrere in China bekannte chinesische Wissenschaftler. Er ist nicht nur für seine kreative Forschung berühmt, sondern wird von seinen Studenten auch für seine hervorragende Lehrtätigkeit in Erinnerung behalten.

Das von Karman übernommene Guggenheim Aeronautical Laboratory wurde 1926 gegründet und sein anfänglicher Forschungsschwerpunkt lag auf der Luftfahrt. Unter seiner Leitung begann das Labor 1936 mit der Raketenforschung; In diesem Jahr wechselte Qian Xuesen (1911–2009) vom MIT zum Caltech, um sein Schüler zu werden. Bis 1940 war dieses Labor das einzige Raketenforschungszentrum einer amerikanischen Universität. Im November 1943 wurde im Rahmen eines Vertrags mit der US-Armee das berühmte Jet Propulsion Laboratory am California Institute of Technology offiziell gegründet. Von Karman hatte seit der Gründungsphase fünf Jahre zuvor als Direktor gedient und wurde 1944 von seinem Schüler Frank Malina (1912-1981) abgelöst.

Während des Zweiten Weltkriegs verstärkte das US-Militär sein Interesse an der Raketenforschung, nachdem es erfahren hatte, dass Deutschland heimlich Raketen entwickelte. Anfang 1943 erhielt von Karman aus Großbritannien Informationen des US-amerikanischen Militäringenieurministeriums, die ihn darüber informierten, dass die Reichweite der deutschen Raketen 160 Kilometer überschritten hatte. Ein halbes Jahr später übermittelte von Karman dem Militär seine Analyse und Kommentare zum deutschen Plan in Form eines Briefes. Anfang September des folgenden Jahres, während er sich in New York von einer Krankheit erholte, traf er sich mit General Henry Arnold (1886–1950), dem Kommandeur der US Army Air Force, in einer Limousine am Ende einer Flughafenlandebahn (Arnold wurde am 21. Dezember desselben Jahres zum Fünf-Sterne-General befördert). Dieser schlug ihm daraufhin vor, in die Hauptstadt Washington zu gehen, um dort die Leitung der wissenschaftlichen Beratergruppe des Generals zu übernehmen und als langfristiger Planungsberater des Militärs tätig zu werden. Am 23. Oktober wurde der offizielle Ernennungsbrief ausgestellt und von da an verlagerte sich von Karmans Hauptwirkungsort von der Westküste an die Ostküste, wo er einen großen Teil seiner wissenschaftlichen Talente zur strategischen Entwicklung des US-Militärs beitrug. Einen Monat später trat Qian Xuesen, der bereits Assistenzprofessor am California Institute of Technology war, der über 30-köpfigen wissenschaftlichen Beratungsgruppe bei und wurde eines der sechs Kernmitglieder, die Vollzeit arbeiteten. Er arbeitete mehr als ein Jahr lang im Pentagon.

Sowohl von Karmans geistreiche Autobiografie als auch die ernsthafte Biografie über Qian Xuesen der chinesisch-amerikanischen Schriftstellerin Iris Chang (1968-2004), „Thread of the Silkworm“, enthalten ein Foto von drei Generationen von Lehrern und Schülern, die unter einem Dach leben – eine ungewöhnliche Begegnung zwischen Prandtl, von Karman und Qian Xuesen im Spätfrühling 1945 in Deutschland. Im Zweiten Weltkrieg diente Prandtl in Hitlers Land, und sein brillanter Schüler sowie dessen brillanter Schüler, der für die Beerdigung des Nazis kämpfte, waren auf einer geheimen technischen Mission: Sie befragten Deutschlands führende Wissenschaftler über die neuesten Entwicklungen der Aerodynamik. Um die Operation zu erleichtern, wurde dem Leiter der technischen Expedition, von Karman, vom Militär der Rang eines Generalmajors und Qian Xuesen der Rang eines Obersts „verliehen“. Das Treffen war etwas unangenehm, da der Oberlehrer fast die Rolle eines „Gefangenen“ spielte, seine wissenschaftlichen Beiträge jedoch weltberühmt sind. Seine einzige Doktorandin und seine einzige chinesische Studentin war Lu Shijia (1911–1986) aus China, die 1942 unter der Anleitung dieses Begründers der modernen Strömungsmechanik promovierte. Ende 2022 wurde „Plantls Biografie: Memoiren und Briefe“, geschrieben von Plants Tochter, vom chinesischen Mechaniker Sun Bohua und sechs seiner Doktoranden übersetzt und vom Higher Education Press veröffentlicht.

Prandtl, von Karman, Qian Xuesen (1945)

Beitrag zu Wissenschaft und Bildung

Von Karmans Beiträge zur Menschheit sind vielfältig. Vor dreißig Jahren wurde in den USA eine Biographie von Karmans mit dem Titel „The Universal Man“ veröffentlicht. Seine akademischen Leistungen konzentrierten sich jedoch hauptsächlich auf die Aerodynamik, und seine wissenschaftlichen und pädagogischen Ideen – darunter seine Interpretation und Betonung der angewandten Mathematik – hatten einen weitreichenderen Einfluss.

Es ist unmöglich und unnötig, in diesem Abschnitt die akademischen Leistungen von Karmans im Detail vorzustellen. Wir müssen nur einige seiner bahnbrechenden Arbeiten auflisten und uns auf seine Einstellung zur angewandten Mathematik konzentrieren.

In jungen Jahren betrieb von Karman an der Universität Göttingen Forschungen in den Bereichen Mikroskopische Physik und Mechanik, die den Grundstein für seine spätere umfangreiche Forschung in der angewandten Mechanik legten. Zu seinen Beiträgen in der makroskopischen Strömungsmechanik und Aerodynamik zählen inelastisches Knicken, instationäre Nachläufe in ringförmigen zylindrischen Strömungen, laminare Stabilität, Turbulenz, Tragflächenprofile in stationären und instationären Strömungen, Grenzschichten und die Theorie der Überschall-Aerodynamik. Er leistete auch viele wichtige Beiträge in anderen Bereichen, darunter Elastizität, Schwingungen, Wärmeübertragung und Kristallographie.

In der englischen Wikipedia sind 22 wissenschaftliche Konzepte und Begriffe aufgeführt, die das Präfix „von Karman“ enthalten. Zwei davon – „Born-von Karman-Randbedingungen“ und „Born-von Karman-Gittermodell“ – gehören zur Festkörperphysik; Eine davon ist die „von Karman-Prandtl-Gleichung“ (das Gesetz der Fließgeschwindigkeit von Wasser in offenen Kanälen), die von ihm und seinem Doktorvater Prandtl entdeckt wurde. Zwei davon umfassen die Beiträge seines Doktoranden Qian Xuesen – „Zoplygin-von Karman-Qian-Näherung“ und „von Karman-Qian-Kompressibilitätskorrektur“ (Sergei Alekseevich Chaplygin (1869–1942), Mitglied der Sowjetischen Akademie der Wissenschaften und theoretischer Mechaniker, ist einer der Begründer der modernen Aerofluiddynamik), und neun sind ausschließlich ihm selbst zu Ehren verfasst.

Wenn Wikipedia von Karman vorstellt, nennt sie ihn „einen ungarisch-amerikanischen Mathematiker, Luft- und Raumfahrtingenieur und Physiker, der in der Luft- und Raumfahrt tätig war.“ Dies ist sehr zutreffend, da er tatsächlich ein „Mathematiker im Ingenieursgewand“ war; Der Doktortitel seines Studenten Qian Xuesen gehörte sogar zwei Disziplinen an: Luftfahrt und Mathematik. Dies ist die ideale Identität für einen Forscher in der angewandten Wissenschaft: Wenn aus einem ehrgeizigen Ingenieur ein herausragender angewandter Mathematiker wird, können seine Ambitionen vollständig verwirklicht werden. Von Karman absolvierte nicht nur schon in jungen Jahren ein erfolgreiches Training im abstrakten mathematischen Denken, sondern nutzte auch mathematische Kenntnisse und Methoden auf kreative Weise, um schwierige technische Probleme zu lösen. In einem Artikel erläuterte er seine Ansichten und Hoffnungen zur angewandten Mathematik.

Das Vorwort der Erstausgabe des Quarterly of Applied Mathematics, das im April 1943 von der Brown University in den USA veröffentlicht wurde, ist ein kurzer Essay von Karman mit dem Titel „Tooling up mathematics for engineering“ (Anmerkung des Herausgebers: siehe „von Karman: Tooling up mathematics for engineering“). Er nutzte den Dialog zwischen Mathematikern und Ingenieuren, um die grundsätzlichen Ansichten beider Gruppen zum „Verhältnis von Mathematik und Ingenieurwesen“ aufzuzeigen und durch Kommunikation gegenseitiges Verständnis und gegenseitige Unterstützung zu erreichen. Das Fazit am Ende des Artikels bringt die gemeinsamen Ziele und Handlungsrichtlinien von Mathematikern und Ingenieuren zum Ausdruck:

Ingenieure: Mathematiker, die in der angewandten Mathematik forschen möchten, müssen über ein einigermaßen gutes Verständnis der physikalischen Prozesse verfügen, die dabei eine Rolle spielen. Andererseits müssen Ingenieure die Grundlagen der Analyse gründlich genug studieren, um mathematische Werkzeuge richtig einsetzen zu können. Eine willkürliche Ansammlung von Werkzeugmaschinen führt nicht zu einer effizienten Maschinenwerkstatt. Wir wissen, dass Ihr mathematisches Arsenal über leistungsstarke Werkzeugmaschinen verfügt. Unsere Aufgabe besteht darin, herauszufinden, wie wir sie anpassen und anwenden können.

Mathematiker: Ich denke, Sie haben recht. Um die Analogie weiterzuführen: Um Lösungen für technische Probleme zu implementieren, benötigen Sie eine Art Werkzeugdesigner. Dies sind die wahren angewandten Mathematiker. Ihre ursprünglichen Hintergründe können unterschiedlich sein; Sie kommen möglicherweise aus der reinen Mathematik, der Physik oder den Ingenieurwissenschaften, doch ihr gemeinsames Ziel besteht darin, die Mathematik für die Ingenieurwissenschaften „auszurüsten“.

Chinesisches Schicksal

Von Karman kam 1928 zum ersten Mal nach Peking und schlug vor, dass die Tsinghua-Universität, die gerade von der Tsinghua-Schule zu einer staatlichen Universität aufgewertet worden war, die Luftfahrtwissenschaft weiterentwickeln sollte. Anfang Juli 1937 kam er zum zweiten Mal nach China und war erfreut, als er sah, dass die Luftfahrtabteilung von Tsinghua Gestalt annahm und ein kleiner Windkanal gebaut worden war. Der Dekan der School of Engineering, Gu Yuxiu (1902–2002), promovierter Elektrotechniker vom MIT, fungierte auch als Direktor des Institute of Aeronautics. Am Tag nach unserer Ankunft in Peking kam es zum Zwischenfall auf der Marco-Polo-Brücke. Glücklicherweise nahm von Karman am 6. Juli den Nachtzug Richtung Süden und entging so der Krise. Am 8. kam er in Nanjing an und tauschte sich mit dem Luftwaffenkommandeur Zhou Zhirou (1899-1986) aus. Nach dem Treffen am Morgen des 10. flog er zum neu errichteten Luftwaffenstützpunkt Nanchang, um den Bau des Windkanals zu leiten. Am 14. flog er zunächst nach Jiujiang und saß dann zwei Stunden lang in einer Bambussänfte, was ihn vor Angst zittern ließ und ihm das Gefühl gab, als seien zwei Wochen vergangen. Er reiste die steile Bergstraße entlang nach Lushan, um sich mit Chiang Kai-shek und seiner Frau zu treffen und den Aufbau einer chinesischen Luftfahrtindustrie und Luftwaffe zum Kampf gegen die japanischen Invasoren zu besprechen. Auf Bitten von Soong May-ling hielt er ihr vor Ort einen populärwissenschaftlichen Vortrag über Windkanäle. Leider waren alle Bemühungen vergeblich. Die japanische Armee eroberte Nanchang im folgenden Jahr und der errichtete Windkanal wurde im Krieg zerstört. Die meisten Chinesen wissen, dass von Karman mehrere chinesische Führungskräfte in Mechanik ausgebildet hat. Wir sollten jedoch auch nicht vergessen, dass er zu Beginn des umfassenden Widerstandskriegs gegen China sein Bestes tat, um uns zu helfen.

Einer der Hauptgründe, warum von Karman den heutigen Chinesen in Erinnerung geblieben ist, ist die Tatsache, dass er Qian Xuesen, den „Vater der chinesischen Raketen“, trainierte. Bei der überwiegenden Mehrheit der Personen, die einen Doktortitel erwerben, nimmt die akademische Interaktion mit den Betreuern ihrer Doktorarbeit im Allgemeinen ab und kann sogar exponentiell auf Null sinken. Qian Xuesen ist jedoch eine Ausnahme.

Nach seinem Abschluss an der Jiaotong-Universität wurde der begabte Qian Xuesen mit einem staatlichen Stipendium zum Studium an der Tsinghua-Universität in den Vereinigten Staaten zugelassen. Im September 1935 ging er an die Fakultät für Luftfahrt des Massachusetts Institute of Technology. Ein Jahr später war er mit der Luftfahrtabteilung unzufrieden und wechselte zum California Institute of Technology. Die Tür von Karman wurde ihm geöffnet. Warum hat von Karman ihn sofort als seinen Schüler gewonnen? Die Antwort findet sich in von Karmans Autobiografie:

Eines Tages im Jahr 1936 kam er zu mir und bat mich um Rat für ein weiterführendes Studium. Es war unser erstes Treffen. Ich blickte auf und sah einen jungen Mann von eher kleiner Statur mit ernstem Blick, der meine Fragen mit außergewöhnlicher Präzision beantwortete. Ich war beeindruckt von seiner scharfen und flexiblen Denkweise und schlug ihm vor, sein Studium am Caltech fortzusetzen.

Im nächsten Absatz fasste von Karman die Qualifikationen seines Schülers zusammen:

Qian stimmte zu. Er arbeitete mit mir an vielen mathematischen Problemen. Ich erlebte ihn als sehr einfallsreich, mathematisch begabt und in der Lage, das physikalische Bild natürlicher Phänomene präzise darzustellen. Schon als junger Student half er mir, meine Gedanken zu einigen schwierigen Problemen zu klären. Das waren Talente, die ich nicht oft antraf, und Qian und ich wurden enge Kollegen.“

Auf derselben Seite seiner Autobiografie erzählte von Karman auch eine Geschichte. Professor Paul S. Epstein (1883-1966) vom Institut für Physik sagte ihm:

„Ihr Schüler Qian Xuesen ist in meiner Klasse. Er ist äußerst talentiert.“

„Ja, ihm geht es gut“, antwortete von Karman.

„Sagen Sie mir“, sagte Epstein mit einem Augenzwinkern, „glauben Sie, dass er jüdische Vorfahren hat?“

Der obige Inhalt stammt vollständig aus Kapitel 38 des Buches „Dr. Tsien von Rotchina“, das speziell von Qian Xuesen handelt. Das Buch hat insgesamt 44 Kapitel. Mit Ausnahme von Kapitel 23 „Born, Fermi und Einstein“, das die Geschichte von ihm und seinen drei Freunden und großen Physikern erzählt, konzentriert sich kein anderes Kapitel so sehr auf eine Person wie Kapitel 38. Darauf sind sowohl Qian Xuesen als auch von Karman stolz. Natürlich war Qian Xuesen von Karman nicht nur der „brillanteste Schüler“, sondern auch seine einzigartige Erfahrung im langen Kampf mit der US-Regierung von 1950 bis 1955 sowie die Beteiligung seines Lehrers am Rettungsprozess machten dieses Kapitel zu einem Muss in dem Buch, das die Legende eines chinesischen Aerodynamikers aufzeichnet.

Qian Xuesen verbrachte insgesamt 20 Jahre in den Vereinigten Staaten. Mit Ausnahme des ersten Jahres war er die restlichen 19 Jahre eng mit seinem Lehrer und Schüler von Karman verbunden. Nachdem er am 9. Juni 1939 mit Auszeichnung (magna cum laude) in Luftfahrt und Mathematik promoviert hatte, blieb er der Fakultät als Assistenzprofessor erhalten. Im Jahr 1945 wurde er zum außerordentlichen Professor befördert und im darauf folgenden Jahr als außerordentlicher Professor in der Abteilung für Luftfahrt am MIT eingestellt. Im Jahr 1947 wurde er zum ordentlichen Professor befördert. Auf Empfehlung von Karmans kehrte er 1949 an seine Alma Mater zurück und wurde als Robert H. Goddard Professor of Jet Propulsion zum Direktor des neu gegründeten Jet Propulsion Center ernannt. Der amerikanische Ingenieur und Physiker Goddard (1882–1945) baute die erste Flüssigkeitsrakete der Welt. Am 16. März 1926 startete er erfolgreich eine Rakete und läutete damit eine neue Ära der Raumfahrt ein.

Im Jahr 1955, bevor er nach China zurückkehrte, verabschiedete sich Qian Xuesen von Karman und übergab seinem Mentor sein neues Buch „Engineering Cybernetics“. Wie Qian Xuesen vor seinem Tod sagte, sagte sein Lehrer beim Durchblättern des Buches zu ihm: „Du hast mich in der Schule übertroffen.“ Aus nationalem Selbstwertgefühl müssen die Chinesen, die diesen Satz lesen, sehr stolz sein. Doch im sorgfältig geschriebenen Vorwort zu Qian Chuans Silk in englischer Sprache schrieb der Autor:

„Es besteht kein Zweifel, dass Qian Xuesen ein brillanter, erstklassiger Gelehrter war, aber seine Kollegen betonten mir wiederholt, dass er nicht auf dem gleichen Niveau wie Isaac Newton oder Albert Einstein war oder sogar sein Mentor bei Caltech, Theodore von von Karman Das Leben wäre einer erstklassigen Biographie nicht wert. “

Zhang Chunru zitierte einige Kommentare von Experten, die sie interviewte, wie z. B.:

"Martin Summerfield, ein Freund von Qian und ein ehemaliger Professor für Luftfahrt in Princeton, sagte: 'Er hatte nicht die gleiche Vision wie von Karman, Einstein, Teller oder einer der anderen großen Männer.

Obwohl Qian Xuesen in den Augen dieser westlichen Experten noch nicht das akademische Maß an wissenschaftlichen Riesen wie von Karman erreicht hatte, leistete er nach seiner Rückkehr in sein Mutterland beispiellose Beiträge zur Raketen- und Luft- und Raumfahrtindustrie. Als strategische Wissenschaftler widmeten der Meister und der Lehrling ihr Leben ihren jeweiligen Ländern mit ausstehenden Beiträgen. Von Karman wurde mit dem ersten National Science Award der Vereinigten Staaten ausgezeichnet, und Qian Xuesen gewann bisher den einzigen Ehrentitel "National Outstanding Contribution Scientist" in China.

Darüber hinaus erhielten mindestens drei Chinesen Doktoranden von von Karman: Hu Ning (1916-1997; 1943), Lin Jiaqiao (1916-2013; 1944) und Guo Yonghuai (1909-1968; 1945). Qian Weichang (1912-2010), der gleichzeitig mit John Synge (1897-1995) an der Universität von Toronto studierte, studierte weiterhin für seinen Doktortitel unter ihm, bevor sein Mentor in die Vereinigten Staaten unterrichtete, um ein Jahr später zu unterrichten, und arbeitete dann ein Jahr später und arbeitete dann an der Jet-Propolen-Laborin am California Institute technologisch. Daher war er kein Schüler von von Karman im strengen Sinne, sondern ein Ingenieur unter ihm. Er und Lin Jiaqiao veröffentlichten jeweils ein Papier in der ersten Ausgabe des Quarterly Journal of Applied Mathematics, in dem von Karmans berühmte Eröffnungsrede von von Karman veröffentlicht wurde.

Später wurde Hu Ning ein berühmter theoretischer Physiker in China; Lin Jiaqiao unterrichtete lange Zeit am Abteilung für Mathematik am Massachusetts Institute of Technology, wurde zum höchsten "College -Professor" und wurde als Mitglied der National Academy of Sciences der Vereinigten Staaten ausgewählt. In seinen späteren Jahren kehrte er als Ehrenleiter des "Zhou Peiyuan Applied Mathematics Research Center" an die Tsinghua University zurück. Guo Yonghuai kehrte 1956 als Vollprofessor der Abteilung für Luftfahrt an der Cornell University nach China zurück. Er starb bei einem Flugzeugabsturz, als er fast 60 Jahre alt war. 1999 erhielt er vom Staat posthum mit der Verdienstmedaille "Zwei Bomben und eine Satelliten".

Von Karman leistete einen unauslöschlichen Beitrag zum Wachstum einer Generation mechanischer Helden der chinesischen Nation!

Geschrieben am Mittwoch, 13. Juli 2023

Hattiesburg Sommerhaus

Produziert von: Science Popularization China

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