周培源:他曾是爱因斯坦相对论讨论班上唯一的中国人

二十世纪国际流体力学领域里 , 曾有来自四个国家科学家的名字并列在一起 , 他们在流体力学领域建树颇丰 , 在世界物理学界享有崇高的声誉 , 他们就是美国的冯·卡门、苏联的安德雷·柯尔莫哥洛夫、英国的杰弗里·泰勒和中国的周培源 , 那么周培源到底是怎样一个科学家呢?让我们一起去认识一下吧?


周培源:他曾是爱因斯坦相对论讨论班上唯一的中国人

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周培源

周培源(1902—1993)江苏宜兴人 , 1902年8月28日出生于江苏宜兴一个书香之家 , 其父亲周文伯是秀才出身 , 与妻子冯瑛共养育了一子三女 , 周培源排行第二 , 也是家中唯一的男丁 。

周培源自幼入私塾接受启蒙教育 , 其8岁时被父亲送到一位“海归”回乡创办的洋学堂 , 中华民国建立之后 , 周文伯外出经商时 , 时常把儿子带在身边 , 曾先后在南京、上海等地求学 。

周培源中学就读于上海圣约翰大学附属中学 , “五四运动”浪潮席卷上海时 , 周培源因参加了上海的学生运动而被校方出名 , 因此遭到父亲的责备 , 躲在家中自学的周培源偶然在报纸上看到了清华学校在江苏招生的消息 , 尽管只是招收五名插班生 , 他还是勇敢地前去报考 。


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青年时期周培源

1919年秋 , 周培源进入清华学校中等科插班学习 , 并于1924年从清华学校高等科毕业 , 清华学校中等科和高等科学制各四年 , 而周培源仅用五年时间就从清华学校毕业了 , 由此可见其学习能力之强 , 他的第一篇学术论文《三等分角法二则》就曾发表在《清华学报》上 , 其人生第一个重要导师就是创办清华算学系的郑桐荪(即郑之蕃)教授 。

1924年 , 周培源以“庚子赔款”留美生前往美国芝加哥大学留学 , 以插班生身份入数理系二年级学习 , 很快就修满了规定的学分和论文 , 并分别于1926年3月和12月获得芝加哥大学的数理学士学位和数学硕士学位 。


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周培源(三排右三)在芝加哥大学合影

1927年初 , 周培源考入加州理工学院攻读博士学位 , 相继师从贝德曼和贝尔教授 , 做最前沿的相对论方面的研究 , 仅用一年时间就获得了理学博士学位 , 堪称是火箭速度 , 并且还得到了毕业生最高荣誉奖 , 充分展示出了其学霸的风采 , 他也是中国留学生从加州理工博士毕业的第一人 , 比钱学森早了11年 。

1928年秋 , 周培源转赴德国 , 入莱比锡大学师从沃纳·卡尔·海森堡教授进行博士后研究 , 海森堡仅比周培源年长一岁 , 是量子力学主要创始人之一 , 也是哥本哈根学派代表人物之一 , 他于1932年获得诺贝尔物理学奖 , 其经典著作是《量子论的物理学基础》 , 海森堡也是德国研制核武器的主要领导者 。

1929年初春 , 周培源又转赴瑞士苏黎世联邦工业大学从事博士后研究 , 在沃尔夫冈·泡利教授指导下从事理论物理研究 , 比周培源年长两岁的泡利教授是美籍奥地利物理学家 , 曾于1945年获得诺贝尔物理学奖 , 他也是二十世纪最主要的理论物理学家之一 , 不相容原理、中微子的假设、核子自旋的假设等都是他对物理学领域的杰出贡献 。


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周培源(右三)与清华同仁合影

1929年9月 , 周培源在国立清华大学校长罗家伦盛情邀请之下回母校任教 , 是物理系主任叶企孙教授麾下最年轻的教授 , 而且是清华第一个理论物理学家 , 当时年仅27岁 , 其一生的研究方向主要集中在广义相对论和湍流理论两个领域 。

1930年 , 周培源与北平女子师范大学学生王蒂澂相识相爱 , 并于1932年6月18日在北平的欧美同学会举行了婚礼 , 主持婚礼的是时任清华大学校长梅贻琦 , 他们夫妻共育有四个女儿 , 王蒂澂一直在清华大学附属中学教书 , 其人生命运与林徽因有些相似 , 王蒂澂也是肺结核病缠身 , 而周培源也是林徽因“太太客厅”的常客 , 并最终与梁思成和林徽因夫妇成为儿女亲家 。


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周培源与王蒂澂结婚照

周培源曾在物理系开设了弹道学课程 , 弹道学是设计枪、炮、导弹等发射武器的一门学问 , 以此课程教育学生为中国的国防工业服务 , 当时任之恭教授曾带领清华物理系的应届毕业生前往南京参观了兵工署的弹道研究所 , 著名女物理学家何泽慧就是受此影响和感召 , 入德国柏林高等工业大学技术物理系攻读实验弹道学专业方向 。

1936年 , 周培源携妻女前往美国度假 , 在普林斯顿高等学术研究院从事理论物理研究 , 当时爱因斯坦组织并举办了一个广义相对论讨论班 , 周培源有幸应邀参加了这个讨论班 , 而且是唯一的中国人 , 周培源有机会与爱因斯坦等人共同从事相对论、引力论和宇宙论的研究 , 并曾为爱因斯坦拍摄过照片 , 在讨论班期间完成了《爱因斯坦引力论中引力场方程的一个各向同性的稳定解》论文 , 并于1937年发表在美国数学杂志上 。


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爱因斯坦相对论讨论班成员合影

1937年初 , 周培源回国不久 , “七七事变”爆发 , 周培源受梅贻琦校长委托 , 组织安排清华南迁湖南长沙 , 周培源也举家随校南迁 , 并出任长沙临时大学物理系教授 , 不久又因武汉会战爆发 , 长沙临时大学又迁至云南昆明并更名为西南联合大学 , 由饶毓泰出任联大物理系主任 , 周培源继续担任教授 , 但他却转变了自己的研究方向 , 开始从事具有应用价值的流体力学湍流理论方面的研究 , 目的就是为了抗战的需要 。

为了躲避日机频繁的空袭 , 周培源将家安扎在距学校较远的龙王庙村 , 为了解决交通问题 , 他曾专门买了一匹马 , 来往于居所和学校之间 , 骑马上课的周培源由此成为西南联大校园的一道风景 , 但时间不长就因买不起马料而以自行车代替 。


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周培源骑马去联大上课

周培源对流体力学湍流理论方面的教学和研究 , 影响和激发了联大物理系许多学生对流体力学的兴趣 , 郭永怀、钱伟长、林家翘等人去加拿大、美国学习流体力学 , 可以说都是受到了周培源教授的影响 。

1940年 , 周培源在《中国物理学报》上发表了《关于Reynolds求似应力方法的推广和湍流的性质》的学术论文 , 首次提出了研究湍流理论的脉动方程 , 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起普通湍流理论 , 为湍流研究开辟了一个新的研究方向 。


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周培源(左一)与梁思成、吴有训等人合影

1943年 , 周培源回到母校加州理工学院担任访问学者 , 进行流体力学湍流理论方面的研究 , 其时他的学生郭永怀、钱伟长、林家翘等人都在加州理工师从冯·卡门教授攻读博士学位或从事博士后研究 , 钱学森当时在加州理工担任助理教授 , 周培源的家也成为中国留学生聚会甚至是打牙祭的场所 。


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周培源(右三)与钱学森等人在加州理工合影

周培源在加州理工的研究 , 进一步完善和发展了他在五年前提出的脉动方程设想 , 他撰写的论文《关于速度关联和湍流脉动方程的解》于1945年在美国《应用数学》杂志上发表后 , 再一次在国际学术界产生了重大影响 , 并逐渐发展为湍流的模式理论 , 而周培源也由此成为公认的湍流模式理论的奠基人 。

周培源还曾应邀参加了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科学研究 , 但他婉拒加入美国籍 , 只是承担临时性的科学研究 , 以便随时可以离开美国回到中国 。

1946年7月 , 周培源携全家离开美国赴欧洲游历 , 在英国出席了牛顿诞辰300周年纪念活动 , 还到法国参加了第六届国际应用力学大会 , 并被选举为国际理论与应用力学联合会理事 。


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周培源全家福

1947年4月 , 周培源携全家回到北平清华园 , 担任清华大学教授兼教务长 , 1949年前后 , 还曾担任清华大学校务委员会副主席 , 协助主席叶企孙教授短暂主持过清华大学校务工作 。

1952年全国高等院校院系调整时 , 清华大学物理系被合并到北京大学物理系 , 周培源也被调到北京大学工作 , 他创办了数学力学系力学专业 , 这也是中国大学中第一个力学专业 , 同时还组织筹建了直径2.25米的三元低速风洞 , 用于流体力学的研究和实验 。


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周培源

周培源在北京大学工作期间 , 曾担任长期担任教务长、副校长等职 , 直至改革开放后出任北京大学校长 , 他当时是以中国科学院副院长之职调任北大校长的 , 他也是建国后北大的第四任校长 , 前三位是汤用彤、马寅初和陆平 , 周培源还曾于1955年当选为中国科学院数理部学部委员 , 1959年加入了中国共产党 , 但更多的是担任各种学术和社会职务 。

上世纪八十年代之初 , 正值爱因斯坦诞辰100周年 , 与爱因斯坦有过交集的周培源 , 应邀赴意大利参加纪念爱因斯坦诞生100周年的第二届格罗斯曼会议 , 已经年近八十岁的周培源再次激发了重新研究广义相对论的兴趣 , 其《论爱因斯坦引力场中坐标的物理意义和场方程的解》等研究论文 , 成为在求解爱因斯坦引力方程方面的最新研究成果 , 其学术生命依旧宝刀不老 。


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晚年的周培源

周培源担任北京大学校长的任期是1978年7月至1981年3月 , 此间正是拨乱反正时期 , 繁重的行政事务让他不堪重负 , 最终选择了急流勇退 , 让自己宝贵的时间回归科学研究 , 1993年11月24日 , 中国一代流体力学大师周培源在北京逝世 。

中国近代力学主要奠基人有周培源、陆士嘉、钱学森、钱伟长、郭永怀等人 , 但周培源与其他几位相比 , 要比他们年长10岁左右 , 显然是他们的师长辈 。