一生崇尚“科学救国”的周培源，“两弹一星”元勋大多是他的学生

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周培源是我国著名流体力学家、理论物理学家、教育家和社会活动家,中国科学院院士,是近代力学奠基人和理论物理奠基人之一。曾担任第五、六、七届全国政协副主席;九三学社第七、八届中央委员会主席,第九届中央名誉主席;中国科协主席,北京大学校长等职。

周培源的一生无论用哪种标准看都堪称完美:在理论物理研究方面在两大领域有重大成果,在教育界培养了无数后起之辈,在科学界有巨大威望得到众人尊重,在政界勤恳务实坚持真理,个人形象英俊潇洒,婚姻生活幸福美满……真是羡煞旁人啊!

周培源出生于1902年,是江苏省宜兴县人。他是中国教育界最受尊敬的领导者之一,钱三强尊称他为自己从事物理学习的好老师;他是中国近代力学的奠基人、中国近代理论物理奠基人之一,著名流体力学家、理论物理学家、教育家和社会活动家。

22岁周培源从清华大学毕业后,去美国芝加哥大学、加州理工学院留学,在3年时间内取得学士、硕士、博士学位,并获得最高荣誉奖,成为该校历史上第一名中国博士生 。

在加州理工学院,周培源研究的是相对论。26岁时,他又赴德国莱比锡大学,在诺贝尔物理奖获得者沃纳·海森堡教授领导下从事量子力学的研究。后又在在沃尔夫冈·泡利(1945年获得诺贝尔物理学奖)教授领导下从事量子力学研究。27岁时回清华大学任教,是当时清华最年轻的物理系教授。从此,开启了开了他一生教书育人、科学研究的光辉历程。

在清华大学,他一直从事相对论的研究,并且主讲理论力学,教授相对论、电动力学、统计力学等理论物理课程。在教育与研究过程中,他始终关注物理学与相关学科的国内外最新研究成果,随时将最新的科研成果及时导入教育与研究过程之中,使之贴近世界科技发展的脉动。 理论力学是一门比较难学的课,学生一时不易入门,常常有学生抄作业。周培源针对这种现象,收集了力学中各种各样的难题编写了习题集,但要求学生“习题要自己做”,要学会独立思考。

抗战开始后,周培源随清华大学南迁至昆明,在西南联大任教授。他的授课方式很有特点,讲课很难,学生听不懂。但为了学会弄懂,学生们不得不八仙过海各显神通,找来很多资料进行研究学习,这就极大地调动了学生自主学习的积极性,提高了学习能力,使那些有能力跑在前面的学习奋力向前,实际上就是鼓励学生能跑多快就跑多快。学习环境虽然自由、宽松,但学习难度很高。独特的授课模式下,培养出了许多杰出人物:王竹溪、彭桓武、林家翘、钱伟长、郭永怀,胡宁、张守廉、何泽慧等都在自己的领域内成为中坚。

在西南联大,周培源有个“周大将军”的称号。当时,他们全家住在昆明城外的一个小村。为了不迟到,周培源每天天不亮就起床,然后徒步往学校。放学之后,再徒步回家里,往返50公里。于是,他买了一匹马,并为其命名为“华龙”。物理系的周教授骑着一匹马,威风凛凛地走在校园里,成为一道风景。

周培源是一位杰出的科学家,一生孜孜不倦地在两个十分困难的领域耕耘:湍流理论和广义相对论,并且在这两个领域中都取得了世人瞩目的成就。在力学研究领域中,他于40年代提出了用逐级近似法解决湍流方程不封闭的难题,成为湍流模式理论的奠基人。由于他在湍流理论上的卓越成就,美国政府邀请他参加美国战时科学研究与发展局的科研工作,承担鱼雷空投入水的科研项目,提出了计算鱼雷入水产生的冲击力方程,且为实验所证实。后美国据此设计出水上飞机,这一成果美方视为机密,直至1957年才解密,而周培源自己留的那份研究稿,则在新中国建立后交给了我海军有关部门。在他80多岁时,依然从事有关湍流和相对论的研究,并且有了突破性的进展。

在相对论的研究中,他在30年代已是知名相对论专家,曾参加由国际著名物理学家爱因斯坦教授主持的相对论研讨班,亲聆爱因斯坦先生教诲。之后,提出将谐和条件作为严格的物理条件与爱因斯坦的场方程同时并用的理论,还亲自设计了实验,实验结果对澄清广义相对论理解上的混乱有极大的帮助,被学术界誉为“半个懂相对论的人”。(据说世界上只有两个半人懂得相对论)

他一生坚持真理,为人处事既坚持原则又和蔼可亲。在那个特殊年代里,大多数人都一面倒,认为理科毫无用处臭不可闻,工科才对国家建设有用。他坚持“理科有用,理科对国家和民族非常重要”,并在光明日报发文《对综合大学理科革命的一些看法》,阐述自己的理念。为了写好这篇文章,他几易其稿,多方征求意见(包括向钱学森征求意见)。周总理曾就周培源先生的上书批示:“希望回去把这个科学基本理论抓起来,不要像浮云一样过去就算了”。

周培源还是一位卓越的社会活动家。他曾担任第五至第八届全国政协副主席,中国科学技术协会主席、九三学社中央委员会主席、中国人民争取和平与裁军协会会长、北京大学校长等重要职务。他积极支持开展国际间科学、技术、文化、教育等合作与交流,并以极大的热情投身、倡导世界和平这一伟大事业,是中国科学家最早一位参与世界和平运动的积极分子,也是国际科学与和平运动的创始人之一,有“和平老人”的美誉。

周培源担任中国物理学会理事长期间,兢兢业业处理好原子核物理、原子物理与分子物理之 间,提高与普及之间,基础与应用之间,研究所与大学之间的关系。由于他德高望重,物理学界比较团结,业务发展速度快,为新中国的两弹一星事业做出了巨大贡献。

1979年时任北大校长的周培源,寄出一封信,信的内容如下: “5月13日在代表大会,我吃了一顿饭,未付钱和粮票。随函补交2角5分,粮票4两。请查收。”秘书处认真地作了答复,告诉他钱粮己有人替他代交,钱与粮票如数奉还。不知现在这种级别的领导是否还会亲自处理这样的事?

他的婚姻幸福美满,与妻子恩爱一生。周培源是从一大堆女学生照片中一眼相中的。她叫王蒂澂。是北平师范大学的校花。1932年,周培源和王蒂澂在清华校长梅贻琦的见证下,举行了婚礼,开启了60多年的携手人生。60年的岁月,也没有磨砺去他们的感情,周培源几乎每天都会对妻子说一句“我爱你”,这科学家的感情真是浪漫到了极点!

1980年周培源辞去了北京大学校长职务,1993年在北京逝世。

人物评价

国之大者 为国为民

湍流理论是周培源一生学术研究的重要领域,实际上,周培源最初的兴致在理论物理方面。别人问他为什么会转向流体力学方面研究,他说:“我认为相对论不能直接为反战服务。作为一个科学家,大敌当前,必须以科学挽救祖国。”由于在湍流理论研究中的突出成就,美方邀请他从事军工研究,年薪高达6000多美元,但要求必须加入美国籍。周培源婉言谢绝,他抱着报效祖国的坚定之心,回到清华大学工作。那时清华大学教授的年薪仅相当于300美元,还不到美国年薪的二十分之一。

甘为人梯 奖掖后学

周培源到了耄耋之年,仍亲自指导学生。病中,为探讨学术、修改论文,他经常把学生召至病榻前,逐点讨论、逐句修改。为使一些青年人在国际科技交流中得到锻炼,他亲自出面为他们办理各种出国手续,甚至提供来回旅费。毫不夸张地说,两弹一星元勋,几乎没有不是他的学生或他学生的学生。

坚持原则 初心不改

周培源常对女儿说,当上级领导不懂科学的时候,科学家一定要说真话,否则岂不是要把领导引入歧途?人云亦云有失科学家本性。晚年,三峡工程成为周培源最关注的事。1988年9月,全国政协组织三峡工程视察团,周培源任团长,从湖北武汉沿江而上进行考察。他在医院里还在给中央领导写信,中共中央和国务院充分听取周培源等的意见建议,决定对长江三峡工程再次进行可行性论证。

淡泊名利 一生节俭

一次,周培源到国外开会,下午的飞机回国,周培源中午就让人把房退了,因为过了12点就要收钱,他就坐在公园的椅子上休息。其实,像他地位这么高的领导,又是高龄老人,晚点退房也是合情合理的,但周培源却说要为国家省钱,这个钱不能浪费。周培源平日对自己的生活要求很低,到了80年代他还穿着一身过了时的涤卡衣裤,家里的沙发断了腿,垫上砖头继续用……正是这样一个人,却把自己一生的大部分所得无偿捐献给了家乡。

主要成就

科学研究

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。

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,即经过坐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坐标条件。

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。

湍流理论

在湍流理论方面,30年代初,周培源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,周培源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,周培源在美国的《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,周培源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,周培源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。

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