【大家】科学之光：周培源先生
风流知音【大家】科学之光：周培源先生 CFDDJ(2016)1005
周培源(1902.8.28-1993.11.24)
摘要：周培源，著名流体力学家、理论物理学家、教育家和社会活动家。中国科学院院士)，中国近代力学奠基人和理论物理奠基人之一。他为人正直无私，刚直不阿，作风正派，从不阿谀奉承，投机取巧。他一生向往光明进步，追求真理，以国家独立、民族振兴、社会进步、人民幸福为己任，把毕生精力献给了祖国和人民，献给了民主科学事业。他是一个有锋芒的人，有人沉默、有人顺从、有人阿谀时，他能像大河奔突着向前。他是一个豁达而公正的人，一位杰出的科学家和教育家，亦有高度的行政才能。他无愧为中华科学之光辉！
1. 人物生平
周培源，1902年8月28日出生于江苏省宜兴县的一个书香之家。父亲周文伯是清朝秀才(周父是晋朝平西将军周处的第六十五世孙)。母亲冯瑛生有一子三女，周培源排行第二。1919年，考入清华学校（今清华大学前身）中等科。学习期间，发表数学论文《三等分角法二则》，受到当时数学教授郑之蕃的赞许。1924年，由清华学校高等科毕业。同年秋天，因成绩优秀，被清华学校派送去美国芝加哥大学数理系继续完成大学课程。
在清华学校读书时与同学讨论问题（左二为周培源，左三为孙立人，右侧戴眼镜者是梁思成）
1926年春、夏两季分别获学士和硕士学位。1927年，周培源入美国加利福尼亚理工学院继续攻读研究生。他先从师贝德曼，后改从E.T.贝尔做相对论方面的研究，次年获理学博士学位，并获得最高荣誉奖（Summa cum laude）。
1928年在美国加州理工学院获博士学位
1928年秋，他赴德国莱比锡大学，在W.K.海森伯（Heisenberg）教授领导下从事量子力学的研究。1929年，赴瑞士苏黎世高等工业学校，在S.泡利（Pauli）教授领导下从事量子力学研究。同年回国，被聘为国立清华大学物理系教授，其时年仅27岁，并先后在西南联大、北京大学任教授。1932年，周培源与王蒂澄女士结婚，生有四个女儿。王蒂澄退休前，一直在清华大学附属中学教书。
周培源与王蒂澄的结婚照
1936年至1937年，据清华大学休假规定，周培源赴美国，在普林斯顿高等学术研究院从事理论物理的研究。其间参加了爱因斯坦（Einstein）亲自领导的广义相对论讨论班，并从事相对论引力论和宇宙论的研究。
1916年周培源在美国时的全家合影
爱因斯坦相对论研讨班学员（三排右四为周培源）
1937年，他假满回国。不久，抗日战争爆发。7月底，平津沦陷。8月，侵华日军开进了清华园。周培源受校长梅贻琦之托，安排学校南迁，曾 先后任长沙临时大学和昆明国立西南联合大学物理系教授。在这期间，他抱著科学家应为反战服务，以科学拯救祖国危亡的志向，毅然转向流体力学方面的研究。1943年至1946年，周培源再次利用休假赴美国。他先在加利福尼亚理工学院从事湍流理论研究，随后参加美国国防委员会战时科学研究与发展局海军军工试验站从事鱼雷空投入水的战事科学研究。当时，周培源明确提出：不做美国公民；只担任临时性职务；可以随时离去。
1946年7月离职去欧洲参加牛顿诞生300周年纪念会和国际科学联合会理事会；他还参加了在法国召开的第六届国际应用力学大会，并被这次大会以及会后新成立的国际理论与应用力学联合会选为理事。同年10月，周培源由欧洲重返美国。1947年2月，与夫人携三个女儿全家离开美国返回上海。4月回到北平，继续在清华大学担任教授。并相继担任清华大学教务长、校务委员会副主任，1981年因年事已高，周培源主动辞去了校长职务。
1951至1982年间，任中国物理学会理事长，名誉理事长；1952年，在北京大学领导创办了中国第一个力学专业，即北京大学数学力学系力学专业，还领导建造了北京大学直径2.25米的三元低速风洞。相继任北京大学教授、教务长、副校长、校长、党委副书记。1955年，当选为中国科学院学部委员，并曾任数理化学部的常务委员。1957至1986年间，任中国力学学会副理事长，名誉理事长。1958至1986年间，先后任中国科学技术协会书记处书记、副主席、代主席、主席，名誉主席。1959年加入中国共产党。1972年10月6日在《光明日报》上发表一篇5000多字的阐述基础理论的教学和研究的必要性与重要性的文章，同时还给周恩来总理写信，提出加强基础理论研究的三点建议。1978至1981年间，任中国科学院副院长。
2. 科学贡献
周培源在学术上的成就，主要为物理学基础理论的两个重要方面，即爱因斯坦广义相对论中的引力论和流体力学中的湍流理论的研究，奠定了湍流模式理论的基础；研究并初步证实了广义相对论引力论中“座标有关”的重要论点。
2.1 广义相对论
在广义相对论方面，周培源一直致力于求解引力场方程的确定解，并应用于宇宙论的研究。早在二三十年代，他就求得了轴对称静态引力场的若干解，与静止场不同类型的严格解，并于1939年证实，在球对称膨胀宇宙中，若物质和辐射处于热平衡态，则宇宙必为弗里德曼宇宙。70年代末，他又把严格的谐和条件作为一个物理条件添加进引力场方程，求得一系列静态解、稳态解及宇宙解。还指导研究生进行了与地面平行和垂直的光速比较实验，以探求史瓦西解和郎曲斯解哪一个更符合静态球对称引力场的客观实际。初步结果已显示出，郎曲斯解与实际相符。80年代，周培源致力于广义相对论的基本问题，即经过座标变换联系起来的几个解，究竟应该是一个解还是几个解。他对照流体力学中保角变换，认为这种情形应该是几个解而不是一个解。产生这种不确定的原因在于爱因斯坦方程缺少必要的座标条件。
出席引力理论与相对论天体物理讨论会是作相对论学术报告（1978年广州）
2.2 引力理论
在引力理论方面，他提出了“谐和条件是物理条件”的重要观点，并且提出和指导了中科院高能所李永贵同志等的“地球引力场中光速各向同性检验”实验，在世界上首次获得地球表面水准方向和竖直方向传播速度的相对差值在10-11量级上相同的结果，这一结果有可能使人们对爱因斯坦引力论的认识产生重大影响。
2.3 湍流理论
在湍流理论方面，30年代初，他认识到湍流场和边界条件关系密切，后来参照广义相对论中把品质作为积分常数的处理方法，求出了雷诺应力等所满足的微分方程，并希望能把边界的影响通过边界条件引入雷诺应力的运算式中。1940年，他写出了第一篇论述湍流的论文，该文在国际上第一次提出湍流脉动方程，并用求剪应力和三元速度关联函数满足动力学方程的方法建立了普通湍流理论，从而奠定了湍流模式理论的基础。1945年，他在美国的《应用数学季刊》上，发表了题为《关于速度关联和湍流涨落方程的解》的重要论文，提出了两种求解湍流运动的方法，立即在国际上引起广泛注意，进而在国际上形成了一个“湍流模式理论”流派，对推动流体力学尤其是湍流理论的研究产生了深远的影响。被公推为以雷诺应力方程为出发点的工程湍流模式理论的奠基性工作。50年代，他利用一个比较简单的轴
对称涡旋模型作为湍流元的物理图像来说明均匀各向同性的湍流运动，并根据对均匀各向同性的湍流运动的研究，分别求得在湍流衰变后期和初期的二元速度的关联函数、三元速度关联函数。之后，他又进一步用"准相似性"概念将衰变初期和后期的相似条件统一为一个确定解的物理条件，并为实验所证实。从而在国际上第一次由实验确定了从衰变初期到后期的湍流能量衰变规律和泰勒湍流微尺度扩散规律的理论结果。他首先提出了以研究湍流的基本涡旋结构作为出发点，以某种典型旋涡作为湍流元，采用先求解后求平均的新方法，从而避免了传统湍流理论中纳维-斯托克斯方程出现不封闭性的致命弱点。根据这一想法，他与蔡树棠先生在1956年从粘性流体的纳维-斯托克斯方程出发，找到了均匀各向同性湍流在衰变后期的轴对称涡旋解。此后周先生又与是勋刚、李松年、黄永念、魏中磊、钮珍南等同志合作引进并验证了准相似条件，发展了均匀各向同性湍流理论，并于1982年获得国家自然科学二等奖。80年代，他又将这些结果推广到具有剪切应力的普通湍流运动中去，并引进新的逼近求解方法，以平面湍射流作例子，求得平均运动方程与脉动方程的联立解。经过半个世纪不懈努力，周培源的湍流模式理论体系已相当完整。
3. 学术和教育思想
3.1 应用数学要以物理为支撑
纵观周培源的一生，他在学术上取得的成功得益于数学，所以，周培源极重视数学，和数学界有着广泛的联系。周培源本人是北京大学数学力学系的教授，深知数学对学科发展的作用，为此，９０年代初，周培源捐资成立了“北京大学周培源科学基金”，支持和鼓励北大师生进行基础科学研究，所涉及的学科除了力学和物理之外，他还叮嘱要把数学也包括在内。同时，他大声疾呼，号召数学家关注其他学科的发展，为其他领域的发展做出贡献，号召数学家参加湍流研究。
周培源终认为，一个好的工作，首先要在物理上站得住脚，又有严谨的数学证明。光是数学漂亮，但没有物理支持，不能解决实际问题的工作，不能称为好的工作。
3.2 文史知识和科学技术一样重要
周培源认为“要搞四个现代化建设，当然需要科学技术，但文科也不能偏废。文理两科的知识，应该并重，它们是互相支持，相互为用的。特别是在中学教育阶段，它们都是基础，都应该学好，缺了文，理也学不好。广义地讲，“文”是文科，包括社会科学在内。如果一个人对文科和社会科学所知太少，如对语文、历史、地理、政治、经济、法律等知识知道得很少，甚至一点都没有，他那个“理”学了也发挥不了多大的作用。”
周培源认为“在我国社会主义建设的各行各业中，我们需要总结经验、汇报工作、交流成果、交流思想、相互讨论和相互学习。不论是口头的还是书面的，我们不仅要能够听懂别人的话，看懂别人写的文章或报告，而且我们自己也要能够说明白或写清楚自己的意见，使别人能听懂我们的话，看懂我们写的东西，因此我们就要在语法修辞上下功夫。"
3.3 严谨治学
周培源的严谨治学，一是表现在他对研究工作的认真细致，一丝不苟；二是表现在对科学理论的规律有令人信服的见解。他曾多次提出：“一个新理论提出来，第一，要看他能不能说明旧理论已说明的物理现象；第二，要看他能不能说明旧理论所不能说明的物理现象；第三，要看它能否为新的实验所证实。这三者都很重要，不可偏废。”
【参考文献】
[1] 周培源基金会网站：周培源。
[2] 百度百科：周培源。
【注】鉴于了解到的资料有限，难免出现纰漏望读者谅解。
撰稿/编辑：一溪清泉
