1946年的暑假还没有来临,钱学森的邻居就发现这个年轻人在收拾行装。他们以为要么这位书生又要外出参与国防部的什么重要机密计划,要么就是他忙碌了好几年,早早准备远行度假。
邻居们猜错了。
钱学森在8月暑假来临之际辞去了加州理工学院的职务,前往十年前曾经欢迎过他、又排拒过他的那所大学——麻省理工学院。其原因并不复杂,一来他的恩师冯·卡门因与加州理工学院不和,离开了学校;二来麻省理工学院航空系给了他副教授的位置,外加终身职务的承诺;三来要在学术上全面发展、建功立业,还需要兼收并蓄,加州理工学院的长处在结构、空气动力学等方面,而到麻省理工学院,他可以掌握更多有关仪器与控制系统方面的知识和动手能力。多年后,钱学森的朋友林家翘认为:“钱学森回去是为了完成火箭科学家的成长历程。”
四季分明的马州波士顿气候,远不如温暖如春的加州帕萨迪纳令人惬意。刚刚9月份,窗外就响起了呼呼的北风声,秋雨连绵,寒气已让街上的行人竖起了衣领。然而钱学森的心情却犹如“春风得意马蹄疾”,十年前那个被命运拽着手脚远渡重洋,那个腼腆、怯怯,经常匆匆独自去听课的学生,如今已成长为在世界空气动力学界卓有建树的著名学者。当他走进校园里编号为33的建筑——令他熟悉的古根海姆大楼,站在三楼一间摆着三张书桌、一张会议桌、几张绘图桌,以及一大堆书架的大办公室里,他和麻省理工学院的同事们都知道,现在的钱学森已经和以前不可同日而语了。
回到麻省理工学院的钱学森被聘为副教授,他为航空工程系的研究生开设了一系列新课,包括喷气推进、火箭工程学,还与另一位华裔科学家林家翘共同开设了空气动力学研讨班,同时从事一些前沿性的研究工作。
钱学森在麻省理工学院是一位颇受“争议”的教授。他以见解前瞻而受到校方和天才学生的追捧、欢迎,又以教学严厉而使得很多学生对他望而生畏。很多学生都对他留有深刻的印象:“他外表非常年轻。因为个头小,他显得比大多数学生都矮,总是穿西装,打领带,十分正式。瘦小的体型、高亢的声音、带有浓重口音的英语。”
大家对于有机会聆听大名鼎鼎的冯·卡门的得意门生钱教授上课,怀着很大的兴奋和期待。但是作为钱学森的学生,他们对这位中国教授“三高”式的授课风格,还是心理准备不足——他们没有想到,钱学森用高密集的板书、高前瞻的内容、高难度的考题,使他们不得不仰视这位身材瘦小的中国人。
钱学森的学生季茨在一本杂志上回忆了他精彩的教学风格:
没有教科书,没有讲义,也没有实验示范,一切全靠钱博士和悬挂在教室四周的黑板。钱博士大量使用黑板。他写得又多又快,我们必须尽可能赶上他的速度抄写。没有文字,只有数学符号。
他几乎总在上课铃响两分钟后,准时悄无声息地走进教室,咕哝一句“我们从……开始”,便从教室前方的黑板左端开始,用清晰坚定的笔迹,写下一个方程式。然后,瞄一眼自己的笔记,在下方添一行,再一行,再一行,直到黑板的底端。我们当然看不见他写些什么,因为字迹都被他挡住了。他开始写下一块黑板时,我们开始抄露出的部分,就这样绕着教室一周。第二轮开始时,他会把黑板逐一擦干净。
他偶尔会给一点提示,让我们知道究竟在做什么。他会说“积分”或“微分”。当我抄到那部分时,我就把他的提示附上去,但我从来没搞清楚过,他指的是他刚抄完的方程式,还是正要开始抄的那条。
这样大约过了20分钟,他会退后几步,端详一下黑板,说:“这中间有非常重要的关系。”大家还没有会意过来,他又开始抄写了,直到下课铃响为止。他随即一言不发地走出教室,丢下我们继续把笔记抄完。
学生们无计可施,只好下课后待在教室里,一字不漏地把黑板上剩余的讲义抄完,然后晚间举行读书会,集众人之力解读笔记内容。第一年连教科书都没有,因为这批材料完全是新的。更糟的是,当时根本没有任何与可压缩流体有关的教科书——两种用德文写的相关书籍也都过时了。
学期快结束时要进行考试,他出的考试题目被学生公认“过分困难”。有人甚至戏说,他出的考题可以考倒顶尖的火箭学家或数学博士。有个学生回忆道:“只有聪明绝顶的人才看得出题目里的玄机,否则根本解不开。”钱学森在麻省理工学院任教3年,他的学生考试得到高分的极少,能拿到及格就值得烧高香了。有一年,14名航空工程系的博士候选人接受他口试,仅一人过关。还有一年期末考试,全班只有一名博士候选人及格,得到73分;当时学校“众所公认的天才”艾胥利,得了第二高分58分,他后来当上了麻省理工学院和斯坦福大学的教授,并且成为世界知名的结构动力学翘楚;毕业后留在麻省理工学院任教的卞泰德才拿到三四十分;而大多数学生仅得20多分,全班的平均成绩只有14分。
钱学森全心全意地教书,当然他也希望学生付出同等的热忱来学习,如果他们不投入,他就会大发雷霆。有一次,他要求学生麦克做一些有关扇叶涡轮引擎的计算,麦克算了好一阵子,但到了午餐时间,他就吃饭去了。回来的时候,钱学森就在发脾气,他说:“你这是什么样的科学家,算到一半竟敢跑去吃中饭!”
钱学森教学十分认真,由于他开的课是新课,没有现成的教材,每节课他都要认真地写教案,一个学期后,他自己动手编写了一套可供学生使用的可压缩流体力学讲义。他的学生回忆这位中国老师时,都肯定地说:“他讲课的速度与难度确实吓倒了我们,可是实际上大家还是非常佩服他的,我们都知道他是希望我们非学会不可。”麻省理工学院的老师们也承认,除了加州理工学院,就数钱学森在麻省理工学院讲的可压缩流体力学课程最有深度。
钱学森对于不肯用脑、只会死记死背的学生毫不容情。有一次,当钱学森在推导一道气体密度的方程式时,一个学生说他有一套基本公式,不必算就知道答案。这可大大惹恼了钱学森,他说,你们这是知其然,不知其所以然。你们应该知道这个方程式是怎么来的,而不是只知道哪个符号代表什么。在另一次讨论会上,钱学森在听一个学生报告时,不耐烦地将百叶窗的方向换来换去,后来终于忍不住喊道:“停!这是一堆用听也没听过的数学原理瞎掰出来的狡辩!”类似的钱学森在上课时发脾气的事,常在加州理工学院流传。
虽然钱学森对学生们非常严厉,不给他们高分,但他并不过分看重分数,总是对学生说:“懂了就好。”他的学生塞尼克几十年后对采访他的记者说:“钱学森的课程在我就业的前十年发挥了无比的价值。”
钱学森很快就在麻省理工学院声誉鹊起,速度之快不亚于他在加州理工学院时的情况。1947年2月,麻省理工学院决定破格提升钱学森为终身教授,而不必论资排辈,让他等上好几年。航空系系主任亨赛克请冯·卡门为钱学森写推荐信,冯·卡门立即回信道:
钱博士在应用数学和数学物理解决气体动力学与结构弹性方面的难题上,绝对是同辈中的佼佼者……他人格成熟,堪当教授之责,也是一位组织能力极强的好老师。他对知识和道德的忠诚,使他能全心奉献于科学,以及提供他机会从事科学研究的机构,我相信这些优点对贵机构极具价值。
麻省理工学院绝对知道冯·卡门推荐信的含金量,亨赛克主任前几天已经到图书馆查抄了一份材料,单单这几年,钱学森与冯·卡门亲密无间的关系和联名发表的学术论文,就足以振聋发聩:
1.1938年,《可压缩流体边界层》,发表于《航空科学学报》第5卷。
2.1939年,《外压引起的球壳的屈曲》,发表于《航空科学学报》第7卷。
3.1940年,《曲率对结构屈曲特性的影响》,发表于《航空科学学报》第7卷。
4.1941年,《薄柱壳在轴压下的屈曲》,发表于《航空科学学报》第8卷。
5.1943年,《关于远程火箭抛射体可能性的综述》,发表于《喷气推进实验室报告》。
6.1943年,《利用喷气的引射作用作为驱动推进剂泵的动力源可能性的研究》,发表于《喷气推进实验室报告》。
7.1944年,《关于喷气推进系统应用于导弹和跨声速飞机的比较研究的综述》,发表于《喷气推进实验室报告》。
8.1945年,《非均匀流动机翼的升力线理论》,发表于《应用力学季刊》第3卷。
亨赛克主任还从冯·卡门赞不绝口的评价中了解到,1946年钱学森在协助冯·卡门整理发表有关跨声速流动相似律的论文时,看到冯·卡门用了一个仿射变换,建立了跨声速流动的相似律,就联想到,这种方法同样可以用来分析高超声速流动的控制方法,这对于求解高速飞行的火箭周围的空气流场很有意义。他对这一想法进行了数学推导,推导公式和方程计算足足写了12页,终于得到了一个简化的近似方程,求出了有关高声速流动的升力和阻力系数的相似值。有了这个方程式,可以大大减少风洞试验和数值计算的工作量。在冯·卡门的赞许下,钱学森发表了这篇足以令整个航空界振奋的论文《高声速流动的相似律》。
麻省理工学院的教授同样清楚地记得,就在几个月前,也就是1946年12月,《航空科学学报》上又刊登了钱学森一篇名为《超级空气动力学——稀薄气体力学》的论文。这篇论文迫使空气动力学家重新审视机翼上的气流在大气层最高处的表现。钱学森设计出一套全新的公式,把空气分子结构与分子间平均距离都考虑在内。他的做法整个革新了空气动力学家对高空高速飞行的观念。这篇论文提出的关于自由分子流区、过渡区、滑流区和气体动力学区的划分,被人们认为是研究稀薄气体力学的开创性工作,后来飞行器进入同温层,航天器进入外太空,很多研究成果都是以他这篇经典文献为启蒙的。
这位风头正劲的中国学者给麻省理工学院带来的还不只是空气动力学方面的令人刮目相看的研究硕果,他对核物理也有浓厚的兴趣和独到的见解。他在1946年的一期《航空科学学报》发表了一篇具有说明性质的论文《原子能》,就爱因斯坦的质能关系、原子结构、核分裂等理论问题,提出了清晰而详尽的解释。他还撰写了一系列讨论核动力火箭的讲稿,后来陆续在麻省理工学院和马里兰州的约翰·霍普金斯实验室等地演讲。他在演讲中谈到,经过计算,原子反应释出的能量约为传统燃料的100万倍,据此推测,靠核动力推进的飞机、火箭航程几乎是无限远的,核能的优越性值得军方进一步研究。他还指出:“制造使用核能燃料的火箭,最大的困难在于燃烧室会产生极高温,顿时把发动机烧得灰飞烟灭。”他也设想了多种可能解决这些难题的方法。这几次扣人心弦的演讲,数十年后还有人牢记在心,并佩服他的许多先见之明。当他根据讲稿整理发表的论文《关于火箭核能发动机》问世后,他的名声大振,论文首次提出利用核能作为火箭动力的大胆创意,震惊了美国的科技泰斗。美国媒体据此编辑了新闻“人类骑着核能火箭遨游太空,周游宇宙不再是天方夜谭”,街头巷尾的老百姓对此津津乐道了很长时间。
麻省理工学院当然也值得为钱学森骄傲。钱学森送交给航空工程系领导的《关于建造中等规模高超声速风洞的建议和研究报告》得到了军方的重视和资助。作为风洞建设的骨干,钱学森得到了安全许可,参与了超声速风洞的建设和另一项代号为“流星”的海军机密计划——研究生产带有固体推进剂发动机的导弹。他同时还申请了最高安全许可证,参与空军的研究计划和涉及发展原子弹的曼哈顿计划。麻省理工学院在政府和军方心目中的地位得到了进一步提升,这是多少美国一流大学梦寐以求的事情呀!
1947年3月7日,连续阴霾的天气终于放晴。校园里垂柳摇曳,小草萌动,春风带来了喜讯。这一天,麻省理工学院校刊头版刊登了一条消息:35岁的钱学森被晋升为麻省理工学院教授,同期晋升的共有12人,还有雷达技术的核心人物希尔、计算机领域的先驱考德威尔等。以美国的情况而言,大多数教授必须干20年以上的教学、指导、行政的“苦差事”,才能取得终身职务。但钱学森到美国连学习带工作总共才12年,他是麻省理工学院有史以来最年轻的获得终身职务的教授。几个月后,钱学森得到了在美国永久居住的“绿卡”。
1947年新婚的钱学森返回美国,妻子蒋英到机场送行
1949年钱学森与蒋英出游
1947年7月,钱学森借学校暑假之时回国探亲。母亲章兰娟早在他出国前便已辞世,父亲一直独居,由老家亲戚照料,钱学森十分惦念老父亲,这是他离开故乡12年后第一次回国。钱学森回国期间,浙江大学、交通大学、清华大学和北京大学纷纷邀请他前去讲学,才华横溢的钱学森发表了工程与工程科学、稀薄空气动力学等前沿科技的演讲。他还从恩师叶企孙处得到了国民党政府教育部长朱家骅邀请他担任交通大学校长的信息。但是,国内政局动荡,战乱不止,政府腐败,民不聊生,他犹豫了一阵,决定还是返回美国。9月17日,钱学森和他的青梅竹马蒋英在上海沙逊大厦举行了婚礼。为防国民党政府强留,钱学森在婚后的第9天便乘飞机离开上海,返回美国波士顿麻省理工学院。
这一年年底,蒋英也到了美国,他们住在波士顿昌西街9号,1948年10月13日,他们的长子钱永刚出生在这里。