湍流中的高歌 [复制链接]

第3版(科教·文化·体育)
专栏：学界新秀

湍流中的高歌
本报记者　周庆
高歌　北京航空学院404教研室副教授。1945年生于青岛，1962年考入北航。毕业后曾在青海沙漠地区一个电厂工作十年。1978年重新考入北航攻读研究生课程，1981年获硕士学位，1985年获博士学位。1980年至1986年共在国内外发表十六篇论文。1984年，他作为“沙丘驻涡火焰稳定器设计原理及方法”的主要发明者获国家发明一等奖。
四十一岁的高歌，没有陶醉于国家发明一等奖。1984年，就在奖励颁布时，他已在思考湍流的耗散、弥散相互作用理论。两年之后，他告诉记者，已初步完成了新理论的推导。
湍流问题，有人称之为经典力学中遗留下来尚待解决的最大问题。
何为湍流？把水龙头开小一点，水会平稳地流出。开大了，急促的水流便会呈湍急紊乱状。在流体力学中，前一种现象被称为层流，后一种便是湍流。
湍流边界层会产生比层流边界大数百倍的阻力。如能解释、控制它，就会大大提高流体机械的效率，受益的包括航空、航海、天文、气象以及大量工业装置。正是这一诱人前景，百多年来，吸引了全世界成千上万的专家去研究它，许多人为其耗费了毕生的精力。
在现代科学技术发展的湍流中，高歌感到了他这一代人肩上的重任，开始以一个年轻学者的敏锐眼光，寻找突破点。
他用半年多时间，列出一套新的方程，编成程序输入计算机，结果算得一塌糊涂，连前人一百年前能解决的问题也解决不了。那是去年国庆节前夕，失败的痛苦，使他整夜无法入眠。他觉得自己总是犯了方向性错误。次日早晨起床后，脑袋里嗡嗡直响。可是，吃早饭时，突然灵机一动，自言自语道：“我全错了，没准反了180度呢。”他赶忙把方程里那些自己推导出来的符号，正的变负，负的变正，再输入计算机一算，奇迹出现了，许多错误避免了。又经过一段时间的努力，竟把最近十几年里湍流研究中的三大类难题一一解决。高歌说，我这是运用直觉思维中的两面神思维法。
高歌善于扬长避短，在重要关头，往往得益于这种跳跃式的直觉思维。
当年在青海沙漠地带工作的时候，高歌发现，有一种沙丘，不管风怎么吹，都不会变形。物理学知识引起他的联想：这种沙丘，肯定是气流绕过沙丘后形成的旋涡特别稳定造成的。当时，他当然不知道自己的这一联想会导致惊人的发现。直到结束了沙漠地区的工作，回到北航读研究生的时候，他才知道，1977年，美国宇航局曾委派一位著名的沙漠地质学家帮助研究沙丘的稳定性，想把其原理运用到航空、航天技术上。高歌便把自己当年的联想告诉了导师宁榥教授。教授对他说：“你一定要从旋涡的特性上来研究这个问题。”从沙丘的稳定性，到沙丘驻涡火焰稳定器，再到国家发明一等奖，高歌在导师的指导下、同事的帮助下，终于使我国在航空喷气发动机技术领域处于世界前沿。
高歌善于在科学思维的王国里跋涉。会议室里，人声嘈杂，他可以陷入冥想；电影院里，声震屋宇，他可以充耳不闻。有时，他闲散得象是无事可做。突然间，他又昼夜不停，废寝忘食地投入工作。他坐在书桌前的时间不多，而一旦坐在那里，便常常是成功的前兆。
对科学家们来说，生活也常常是一种湍流，特别是现代生活。在读博士研究生期间，高歌除了完成自己的学业，还给本科生讲课，当副导师辅导硕士生，还要准备出国作访问学者，且不说还有沙丘，还有湍流……1984年以后，妻子调来北京，生活开始向他显现出自己的全部内容。他的第一个损失，就是占有桌面的时间更少了。晚上，当中学教员的妻子要备课，小儿子要做作业，他只好进一步发挥自己的特长，在思维的王国里漫游。
对这一切，高歌也有自己的独特看法。他觉得，在他的创造年华到来的时候，遇到了良好的创造环境。
如今，他在湍流理论研究中，吸取统计学派和决定论学派的长处，提出湍流不仅具有单向扩散性质，还可具有弥散特性。以此为出发点，他在湍流理论研究中引入了破碎网动力学的基本观点，建立了两个湍量动量方程。
他的阐述新理论的部分文章和论文摘要在国内外发表后，已引起国内外专家和有关部门的重视。这使高歌受鼓舞。如今，系统论述湍流理论的科学论文已经脱稿。
一个新的理论框架，虽然是初步的，但已在科学的湍流中诞生。
（附图片）