流体动力学已经成熟,并且由于它可应用于诸多颇具实际意义的领域,继续洋溢着蓬勃的生机。本世纪上半叶,在它的各个分支中,空气动力学从人们对边界层理论、流动稳定性、亚声速及超声速流的粗浅了解中开始成长,逐渐独占鳌头;大约自1960年以来,海洋和大气动力学异军突起,颇有活力,它描述了波动与湍流的错综复杂的相互作用;生物系统流体动力学作为具有巨大挑战性的一个领域,约发端于1970年,随即迅速成长,目前渐臻完善。
詹姆斯 · 赖特希尔(James Lighthill)令人眼花缭乱的阅历的特征,是他对上述诸领域的开拓性的贡献。他的工作以应用数学的经典技巧为基础,而他的风格则是孜孜不倦地以基础物理来解释数学结果,不管它们多么复杂,他异常成功地实现了这一目标,因此他的论文以明白简练而闻名于世。
迈克尔 · 詹姆斯 · 赖特希尔就读于剑桥的温彻斯特学院和特立尼德学院,在战时两年速成钻研数学,毕业于1943年。本来他立志于从事纯数学研究,但战争急需压倒一切,他随即就职于国立物理学实验室,进行超声速空气动力学研究,在那里他夜以继日地发奋工作。1945年,他受聘为特立尼德学院的研究员;翌年,他被著名流体力学家悉德尼 · 果尔斯汀所吸引,转到曼彻斯特大学任职,直至1959年。1950年,他继果尔斯汀之后,任贝耶应用数学教授,时年26岁,在当时是绝无仅有的。
在那个年代里,人们已经认识到喷气式飞机的噪声的危害性,正是在其时其地,赖特希尔作出了后来举世公认的最大贡献。在1952年和1954年发表的两篇论文中,他为这一课题的所有后续性工作奠定了基础。赖特希尔发现高速喷射流中的湍流等价于一种四极源分布,使他得以计算出辐射声场的强度(一种八次幂律)和方向分布。对于设计有可容忍的噪声输出的喷射引擎来说,了解噪声成因的这种机理至关重要,赖特希尔的这一创造性工作为他赢得了世界性的声誉,年仅29岁就荣任皇家学会会员。
自1959年至1964年,赖特希尔受聘为位于汉普郡法恩波罗的皇家航空研究中心主任。尽管为这一职务所累,他仍与众多研究团体保持密切联系,而且发表了关于地球物理流体力学和生物流体力学的几篇论文,它们预示了他日后全身心地关注的兴趣所在。1964年,他任伦敦帝国学院的皇家学会教授;1969年,接任剑桥的卢卡西安数学教授,任期达10年之久;任教期间,他的上述兴趣得到了尽情发挥。
在此期间,他的主要工作涉及流体(特别是旋转中的流体,如地球物理流体)中的波动;更知名的工作涉及他名之为“生物流体动力学”(biofluiddynamics)的课题。赖特希尔对这一课题的兴趣源自剑桥动物学家詹姆斯 · 格雷爵士的启发,但这种启发只是来自他发表于1969年的评论文章《亲水动物行进的水动力学》。赖特希尔本人强调了交叉性学科研究的需要:“……如果我想帮着对亲水动物运动的水动力学进行分类,我必须与动物学家交谈,而且一直交谈下去;必须读他们的著作,而且一直读下去;必须(在博物馆或水族馆里)研究他们的收集物,而且一直研究下去!”他的确是这样做的。正是通过这种专心投人,科学探索中的一个崭新领域才得以界定、探究并呈现在流体力学界之中。
在生物流体动力学领域中,赖特希尔同样还对了解鸟类和昆虫的飞行作出了贡献,对这一话题,他所擅长的空气动力学正好大有用武之地。1979至1989年间,他担任伦敦大学学院院长,这并未减弱他的科研成果源源涌出的势头。他与动物学家的交流再次显示了关键性作用;其中,他与托克尔 · 维斯-福格(剑桥的詹姆斯 · 格雷的继任者)进行了出色的合作,揭示了小型飞行昆虫升力产生的机理,即振翼-急冲-扫掠的系列过程,由此在昆虫翅膀上产生环流,从而通过基本上是无粘的机制生成升力,正是这样,小蜂Encarsia formasa具有的升力系数超过了所有人造飞行器。
1971年,正值他漫长的研究生涯的中途,赖特希尔受勋为爵士。他频繁地受邀在国际会议上做大会报告,而且总是兴致勃勃地乐此不疲。他演讲的风格颇具师长尊严,充满权威性地演绎他的观点,绝少顾忌时间的限制。他的演讲表现了他对这一学科的执着的忠诚,而且经常妙语连珠。
1998年7月17日,詹姆斯 · 赖特希尔爵士不幸逝世,享年74岁。当时,他在英吉利海峡的波浪滔滔的海面上,绕萨克岛几乎游完全程,25年前他曾首次这样的壮举。他有环岛游泳的嗜好,这方面,他引以自豪的主要源泉是曾在火山喷发期间绕斯特洛姆波利岛游泳。在海滨苟安不是他的风格;他的死犹如他的生,有声有色,有气有派。
[戴世强译自Nature,Vol. 394,1998]