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标  题: [范文]力学大师之周培源
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标  题: [范文]力学大师之周培源
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　　 周培源（１９０２— ），著名力学家、理论物理学家、教育家和社会活动家，我国
近代力学事业的奠基人之一。主要从事流体力学中的湍流理论和广义相对论中的引力论的
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“坐标有关”
的重要论点。培养了几代知名的力学家和物理学家。在教育和科学研究中，一贯重视基础
理论，同时关怀和支持新技术的研究。在组织领导我国的学术界活动、推进国内外交流合
作方面作出了重要贡献。 

　　周培源，１９０２年８月２８日出生于江苏省宜兴县（今属江苏省无锡市）的一个书
香之家。父亲周文伯是清朝秀才。母亲冯瑛生有一子三女，周培源排行第二。
　　１９１９年，他考入清华学校（今清华大学前身）中等科。学习期间，他对数学产生
了浓厚的兴趣，并发表了论文《三等分角法二则》，受到当时数学教授郑之蕃的赞许。１
９２４年，他由清华学校高等科毕业。同年秋天，由于他成绩优秀，被清华学校派送去美
国继续完成大学课程，入美国芝加哥大学数理系二年级学习。周培源于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（Ｓ
ｕｍｍａ Ｃｕｍ Ｌａｕｄｅ）。
　　１９２８年秋，他赴德国莱比锡大学，在Ｗ．Ｋ．海森伯（Ｈｅｉｓｅｎｂｅｒｇ）
教授领导下工作；１９２９年，又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（以下简称清华大学）
物理系教授，年仅２７岁。
　　１９３２年，周培源与王蒂澂女士结婚，生有四个女儿。王蒂澂退休前，一直在清华
大学附属中学教书。
　　１９３６年至１９３７年，根据清华大学休假规定，周培源再赴美国，在普林斯顿高
等学术研究院从事理论物理的研究。其间他参加了Ａ．爱因斯坦（Ｅｉｎｓｔｅｉｎ）教
授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。
　　第二次世界大战开始后，美国国内急需科技人员，周培源一家刚入境，就收到移民局
的正式邀请，给予全家永久居留权，周培源对此一笑了之。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
贻奇之托，安排学校南迁，曾先后任长沙临时大学和昆明西南联合大学物理系教授。在这
期间，他抱着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。
　　１９４５年末，第二次世界大战结束，鱼雷空投入水研究组的大部分人员被美国海军
部留用，成立海军军工试验站，周培源也被应邀留下。由于该试验站是美国政府的研究机
构，应聘人员要有美国国籍。当时，周培源明确提出：不做美国公民，只担任临时性职务
；次年即离美代表中国学术团体去欧洲参加国际会议。在美国有关方面接受了上述这些条
件后，他在美国继续工作不到一年，于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。
　　１９４６年１０月，周培源由欧洲重返美国，并于１９４７年２月与夫人携三个女儿
全家返回上海。１９４７年４月回到北平（今北京），继续在清华大学担任教授。
　　１９４９年，中华人民共和国成立。周培源除在清华大学担任教授外，还兼任教务长
、校务委员会副主任。
　　１９５２年，全国高等学校院系调整后，周培源转任北京大学教授、教务长。此后还
相继担任过北京大学副校长、校长、党委副书记。１９８１年因年事已高，周培源主动辞
去了校长职务。
　　１９５２年，他在北京大学领导创办了我国第一个力学专业，即北京大学数学力学系
力学专业；此外，他还领导建造了北京大学直径２．２５米的三元低速风洞。
　　１９５８年，周培源加入了中国共产党。
　　周培源是一位著名的社会活动家，他曾兼任过许多重要的社会职务：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；１９７８至１９８１年间，任
中国科学院副院长；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，现为名誉主席；１９５１至１９８２年间，任中国物理学会理事长
，现为名誉理事长；１９５７至１９８６年间，任中国力学学会副理事长，现为名誉理事
长；自１９５４年以来，先后任全国人民代表大会第一至第五届代表和人大常委会第五届
委员，中国人民政治协商会议第三、第四届全国常委会委员和第五至第七届副主席，中国
人民外交学会副会长，中国波兰友好协会会长，中国人民争取和平与裁军协会会长，九三
学社主席等。
　　由于周培源在科学研究、教学和社会活动中取得的成就，他受到国内外科学界和教育
界的尊敬。１９８０年，美国普林斯顿高等学术研究院授予他名誉法学博士学位。１９８
０年和１９８５年，他曾两次获美国加利福尼亚理工学院“具有卓越贡献的校友”奖。
我国近代力学的奠基人
　　周培源是一位杰出的科学家。他将自己精力的大部分献给了力学与理论物理中两个十
分困难的领域：湍流理论和广义相对论。他先后发表了数十篇论文，在这两个领域中都取
得了世人瞩目的成就。
　　在广义相对论的研究中，以“坐标有关论者”而独树一帜爱因斯坦的广义相对论学说
１９１６年发表后，在全世界迅速传播。在中国，早期传播相对论的有夏元��等物理学家
，然而进行深入研究爱因斯坦的学说并独树一帜的，周培源是第一位。


　　周培源对广义相对论产生兴趣，应追溯到１９２６年他在芝加哥大学求学时期，以后
的６０年中他一直在这个领域内执著地探索着。
　　广义相对论在物理上取得了许多辉煌成就，但从一开始就存在着一个困难，这就是，
表达引力场的方程是一个包含１０个二阶非线性偏微分方程的方程组，而这１０个方程之
间又存在着４个独立的非线性偏微分方程组所组成的恒等式，也称为比安基（Ｂｉａｎｃ
ｈｉ）恒等式，这就使得只用引力方程得不到１０个引力函数的确定解。
　　周培源一进入相对论领域便抓住这个难题，主张引进另外的物理条件才能求解出引力
函数的确定解。沿循这个思路，周培源在２０年代用引入新物理条件的办法获得了轴对称
静态引力场的若干解，以后又于３０年代在引入各向同性条件下，又求得了与静止场不同
类型的严格解。
　　与此同时，国际上的同行学者为了克服上述困难，采用坐标变换的方法来减少引力函
数的数目。但这种方法只能求出一种常微分方程的特殊引力场——球对称静态引力场的严
格解，例如史瓦西（Ｓｃｈｗａｚｃｈｉｌｄ）解，而对众多的其他物理问题仍然束手无
策。沿着这条思路求解引力场方程的相对论研究者，在国际上称为“坐标无关论者”。他
们主张坐标在引力论中无关紧要。
　　与此相反，周培源从一开始进行引力论研究时，就认为坐标是有物理意义的，因此他
是一位“坐标有关论者”。
　　“坐标有关论者”在一些特殊问题上，引进谐和条件以求解引力场方程的做法，可以
追溯到１９１９年爱因斯坦本人。他引进谐和条件的近似式来求解线性化了的引力场方程
，从而获得了引力波解，预言了引力波的存在。后来，德•东德（ｄｅ Ｄｏｎｄｅ
ｒ）将谐和条件严格化。１９２３年，郎曲斯（Ｌａｎｚｏｓ）曾用这一条件得到了球对
称静态引力场的解。
　　沿着这条思路，１９７９年，周培源把严格的谐和条件作为一个物理条件添加进引力
场方程中，和他在北京大学的同事以及他在高能物理所的学生一起，近１０年来发表了多
篇论文，其中包括无限平面、无限长杆、围绕无限长杆作匀速转动的稳态解和严格的平面
波解。
　　面对当前存在的两个解，即坐标无关论者的史瓦西解和坐标有关论者的郎曲斯解，从
７０年代开始，周培源和他的学生李永贵开始从事测量与地面垂直和与地面平行的两种光
速的比较实验，希望回答两种解中哪一种更符合实际。理论上，史瓦西解得到的两种光速
的一级近似之差与光速之比为７×１０（－１０），而郎曲斯解的这一比值为零。目前，
李永贵所获得的这个比值在准确到１０（－９）时表明：两种光速是相等的。这项实验仍
在进行中，以期取得更高一级的近似。这是“坐标有关论者”同“坐标无关论者”两种理
论较量中的关键性实验。它的进一步结果，将是整个物理界所关心的。
　　在应用广义相对论于宇宙论方面，周培源于１９３９年证实了在均匀性或各向同性的
条件下，可以将过去常用的宇宙度规（Ｆｒｉｅｄｍａｎ度规）简化，并使求解问题大大
简化。１９８７年，周培源和他的研究生黄超光将谐和条件用于宇宙论，得到了新的结果
。他们用引力场中的电磁理论来计算宇宙中后移星系辐射光的强度，由此导出新的红移关
系与该星的质量有关。
　　湍流模式理论的奠基人周培源是我国湍流理论研究的领头人。在世界强手如林的湍流
研究队伍中，他积数十年之成果，形成了自己独立的理论体系，受到国际上的重视。
　　他从事湍流研究是从１９３８年开始的。当时，他暂时搁下了从事多年的宇宙论的研
究，而将主要精力放在湍流上。
　　流体的湍流运动在自然科学史上一直是困惑许多杰出科学家之谜。流体运动的基本方
程纳维－斯托克斯（Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ）方程（简称Ｎ－Ｓ方程）虽然早在１
８２１年就建立了，但却一直未能从它求出描述湍流运动的解来。１８９５年，英国雷诺
（Ｒｅｙｎｏｌｄｓ）发现不可压缩流体充分发展了的湍流运动可以分解为平均运动和脉
动运动两部分，并从Ｎ－Ｓ方程用平均方法导出了湍流平均运动方程。但这组方程是不封
闭的。在周培源之前，人们总是从这组方程出发，引入脉动量、平均流速对空间坐标的梯
度有关的各种假设使方程闭合，来求解流体的平均速度。
　　周培源在国际上最早考虑脉动方程（即Ｎ－Ｓ方程与平均运动方程之差），并由这组
方程导出二元和三元速度关联函数所满足的动力学方程，再引进必要的假设来建立湍流理
论。１９４０年根据这一模型，他对若干流动问题做了具体计算，其结果与当时的实验符
合得很好。
　　１９４５年，周培源在论文《关于速度关联和湍流涨落方程的解》中提出了两种求解
湍流运动的方法：一种是把平均运动方程和关联函数所满足的方程逐级近似求解；另一种
是将平均运动方程与脉动方程联立求解。由于这组方程的高度复杂性，在４０年代，要联
立求解是不可能的，但他的这种思路却为湍流研究者开辟了崭新的途径。上述第一种解法
奠定了国际上称为“湍流模式理论”的基础，在国际上被誉为“现代湍流数值计算的奠基
性工作”。近数十年的发展，由于高速电子计算机计算能力的扩大，愈益显示出它的重要
性。世界各国不少人沿循他的方法进行开拓，形成了“湍流模式理论”流派。
　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。利用湍流衰变后期雷诺数比较小的特点，周培源和他的学生蔡树
棠得到了最简单的均匀各向同性湍流的后期衰变运动的二元速度关联函数，在这一思路的
基础上，他的学生黄永念用同样的方法，得到了均匀各向同性湍流三元速度关联函数。１
０年以后，这个三元速度关联函数被佩纳特（Ｂｅｎｎｅｔｔ）与柯尔辛（Ｃｏｒｓｉｎ
）的实验所证实。
　　与此同时，周培源还与他的学生是勋刚、李松年对高雷诺数下（即衰变初期）的均匀
各向同性的湍流运动进行了研究，得到了与实验符合的均匀各向同性湍流在早期衰变运动
的二元和三元速度关联函数。
　　为了统一湍流在初期和后期衰变的模型，１９７５年，周培源提出“准相似性”的概
念及与之相适应的条件。他与黄永念把这两个不同的相似性条件统一为一个确定解的物理
条件——准相似性条件。这个条件在１９８６年由北京大学湍流实验室魏中磊、诸乾康、
钮珍南和俞达成的实验所证实，从而在国际上第一次由实验确立了从衰变初期到后期的湍
能衰变规律和微尺度扩散规律的理论结果。其后，周培源又与黄永念计算得到衰变各期的
能谱函数、能量传递函数等等。这些结果都得到国际同行的赞许。
　　８０年代以来，周培源又将所取得的结果与准相似条件推广到具有剪切应力的普遍湍
流运动中去，并引进新的逼近求解方法，得到了新的结果。
　　为了表彰周培源１９５０年在湍流领域里取得的重大研究成果，１９８２年，国家科
委授予他自然科学二等奖。
　　周培源除了从事理论研究外，对有关的测量仪器的研制和实验设备的建设也十分关心
和支持。北京大学湍流测量仪器与实验设备的研制建设工作数十年来一直得到他的指导和
鼓励，取得了多项重要成果。
　　周培源以“独立思考、实事求是、锲而不舍、以勤补拙”这１６个字总结了他所从事
的科研活动。在关键性的科学问题面前，他从不随波逐流。当陈伯达特地到北京大学找他
，要他批判相对论时，他敢于当面表明自己的态度：“狭义相对论是真理，批不倒，广义
相对论还存在学术争议。”在１９５８年宣传亩产粮食数万斤的浮夸风中，他认为这些都
是不符合科学事实的，因此他从不随声附和。
　　他坚持两个领域中的难题研究，跨越半个世纪之久，克服了重重困难，取得一个个新
的进展，不能不说是锲而不舍的典范。
　　周培源在总结自己的科研活动时，又概括地提出：“一个新的科学理论必须同时满足
三个条件：一要能说明旧理论能说明的现象；二要能解释旧的科学理论所不能解释的现象
；三要能预见到新的科学现象并能用实验证明它。”这些精辟的见解是周培源在科学研究
中以科学的态度独立思考的理论概括。
　　周培源在科学研究上孜孜不倦，勤奋进取，敢于啃硬骨头。５０年代后，他在繁忙的
社会活动与行政工作之余，从不放弃利用点滴时间进行科学研究中的思考。１９８９年，
在他年近９０岁，身患心肌梗塞，卧床住院期间，仍然亲自指导他的博士生撰写论文，并
亲自对公式逐个加以校验。周培源这种一丝不苟的精神，不能不在后辈科研人员身上产生
深远的影响。
辛勤耕耘６０余年的教育家
　　周培源自１９２９年留学回国至今，６０余年来一直从事高等教育工作。作为一位知
名的老教育家，在传授知识、指导科学研究、组织教学、创建新专业，以及发现和扶植优
秀人才方面都作出了重要贡献。
　　重视基础理论，培养了几代力学家和物理学家数十年来，他培养了几代力学和物理学
的知名学者，例如王竹溪、胡宁、林家翘、彭桓武等，都曾从师周培源门下。
　　在培养人才方面，重视基础理论是周培源的一贯主张。在这种思想指导下，教学中他
总是指导学生将有关学科最根本的理论内容吃透。在４０～５０年代，他在清华大学、北
京大学教学中，每年上一门理论力学课，后来写成讲义，１９５１年，由人民教育出版社
出版。这本《理论力学》教程起点很高，对后来北京大学理论力学教学的高水平起了很重
要的影响。听过他的课的学生，无论是继续进行研究工作，还是转向技术工作，都得益于
学生时期受到的这种严格的基本训练。
　　１９５２年，全国高等院校进行调整，周培源来到了北京大学。在他带领下，北京大
学创办了我国有史以来第一个力学专业。
　　在组织学校教学中，重视有学识的教师，乃是周培源一贯的教育思想。在力学专业办
学过程中，他经过多年努力，聘请国外新归来的学者来校任教，聘请国外专家来系讲学，
例如，他曾两度亲自致函聘请胡海昌来系任教，并亲自带头听讲，给学生和其他教师作出
表率。力学专业从一开始只有５名教员逐步发展到有近百名教师的队伍，他们为国家培养
了大批大学毕业生和研究生。
　　支持和指导年轻教师研制成计算机激光汉字照排系统周培源不仅重视基本理论，而且
对技术和生产的新发展也极为重视。他担任北京大学副校长和校长期间，从１９７４年起
，他以超前的眼光敏锐地注意到电子计算机为汉字印刷排版带来技术革命的前景，从而排
除重重困难，和张龙翔（１９７４年为教务长，后为副校长和继他而任校长）一起组织学
校的人力和物力。热情鼓励和支持以王选为首的研制组工作，使计算机激光汉字照排系统
在经过１０多年的努力，投入了数百人年的人力之后，得以研制成功。这项成果在１９８
５年被评为中国十大科技成就之一，１９８７年获国家科技进步一等奖，以后还多次荣获
过各种奖。这项成果使我国整个印刷行业产生了革命性的变化。现在，我国已有１５００
多套这种汉字照排系统用于国内外报社和出版印刷系统。由此，周培源被推举为１９８５
年成立的中国印刷及设备器材工业协会的名誉会长。

　　“文化大革命”中，周培源曾经抵制过“实验室车间化”的口号，也反对过以典型产
品带动教学的教学指导方针。“文化大革命”后，为了恢复教学秩序，周培源曾停办了一
些学校的生产设施，与此同时，他又集中学校的巨大财力、物力支持印刷系统的研制和生
产。这说明他的办学思想并非一般地反对学校搞生产研究。在他看来，学校的技术生产，
也和研究理论一样，必须有新思想，必须创新，否则就会将学校混同于一般工厂。计算机
激光汉字照排系统的成功，也为我国高等学校发展工程技术走出了一条新路。
　　在周培源即将离任北京大学校长时，他在１９８１年４月２日《人民日报》上发表了
《访美有感——关于高等教育改革的几个问题》的文章。他写道：“教师是学校的主体，
古今中外绝无例外。”他认为：“一所好的大学必须有严选良师的办法和传统，必须有选
择人才的条件。否则人才就会在死水一潭中被埋没。”系统地阐明了他重视选拔教师和尊
重教师的思想。在文中，他还就培养人才问题、现代化问题、青年思想教育问题和改进高
等学校领导问题提出了中肯的意见。这篇文章是他从事教育工作５０多年的经验总结，也
体现了这位老教育家离开高等教育领导岗位时对祖国高等教育事业的殷切期望。


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大风起兮云飞扬
威加海内兮归故乡
安得猛士兮守四方

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