周培源

现代力学主要成就

湍流理论开拓者
周培源是中国近代流体力学研究，特别是湍流理论研究的开拓者和奠基人之一。

主要贡献：
学术成就：在湍流理论方面的研究在国际上享有盛誉。
教育贡献：1952年，在北京大学创办了中国第一个力学专业，为国家培养了大量力学领域的骨干人才。

人物简介

周培源（1902年8月28日－1993年11月24日），江苏省宜兴市人，著名流体力学家、理论物理学家、教育家和社会活动家。九三学社社员、中国共产党党员，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 ^[1]。

1924年，周培源毕业于清华学校，1927年，在美国加州理工学院学习，获博士学位，是加州理工学院毕业的第一名中国博士生 ^[2]。1929年，周培源回国后，被聘为国立清华大学物理系教授，开始教学生涯 ^[4]。1936年至1937年，周培源前往美国，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 ^[70]。1943年后，在美国加利福尼亚州理工学院从事研究工作，并到美国战时科学研究与发展局、海军军工试验站进行研究工作。1947年后，先后担任清华大学教授、教务长、校务委员会副主任。1952年，在北京大学领导创办了中国第一个力学专业，并领导建造了北京大学直径2.25米的三元低速风洞 ^[70]。1959年加入中国共产党 ^[3]。1978年3月，开始担任中国科学院副院长 ^[14]；6月27日，正式就任北京大学校长 ^[15-16]。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 ^[1]。1993年11月24日，周培源在北京逝世 ^[19]，终年91岁 ^[52]。

周培源一生主要从事科研和教学工作，他在物理学的湍流和相对论这两个高难度领域中，有着突出的贡献 ^[73]。先后两次获得美国加利福尼亚理工学院“具有卓越贡献的校友”奖 ^[1]、中华人民共和国国家自然科学奖 ^[42]等荣誉奖项。

中文名：周培源

外文名：Zhou Peiyuan

国    籍：中国

民    族：汉族

出生日期：1902年8月28日

逝世日期：1993年11月24日

毕业院校：清华大学（高等科）、加州理工学院（博士）

主要成就：中国近代力学奠基人之一

主要成就：中国近代理论物理奠基人之一
中华人民共和国国家自然科学奖
和平老人

出生地：江苏省宜兴市

代表作品：理论力学、周培源文集、周培源科学论文集

所属党派：九三学社、中国共产党

配    偶：王蒂澄

性    别：男

 

 

人物生平

 

早年经历

 

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。母亲冯瑛生有一子三女，周培源排行第二 ^[1]。

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 ^[4]。

1924年，由清华学校高等科毕业。

 

出国留学

 

1924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 ^[4]。

1926年春、夏两季分别获学士和硕士学位。 ^[4]

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，后改从数学家埃里克·坦普尔·贝尔（Eric Temple Bell），做相对论方面的研究，并参加数学谱系计划（Mathematics Genealogy Project），次年获理学博士学位，毕业论文题目为《The Gravitational Field of a Body with Rotational Symmetry in Einstein's Theory of Gravitation》 ^[5]，并获得最高荣誉奖（Summa cum laude）。 ^[4]

1928年秋，他赴德国莱比锡大学，在沃纳·海森堡（Werner Karl Heisenberg，1932年获得诺贝尔物理奖）教授领导下从事量子力学的研究。 ^[6]

1929年，赴瑞士苏黎世高等工业学校，在沃尔夫冈·泡利（Wolfgang E.Pauli，1945年获得诺贝尔物理学奖）教授领导下从事量子力学研究。 ^[6]

 

回国任教

1929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。 ^[4]

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。 ^[7]

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 ^[70]。

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 ^[8]。

 

赤子之心

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。 ^[9]

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 ^[10]。

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。 ^[70]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。 ^[11]

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。 ^[12]

1959年加入中国共产党 ^[6]。

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。 ^[13]

1978年3月开始担任中国科学院副院长（至1981年5月） ^[14]。6月27日，中共中央批准，周培源正式就任北京大学校长 ^[15-16]。10月7日周培源为团长的中国教育代表团抵达美国西海岸城市旧金山，主要参观、访问了斯坦福大学和加州大学伯克利分校等大学 ^[17]。

1980年周培源处理复杂的派系关系让他不堪重负，身心俱疲，选择了“激流勇退” ^[18]；同年，美国普林斯顿高等学术研究院授予他名誉法学博士学位 ^[1]。

1993年11月24日，周培源在北京逝世 ^[19]，终年91岁 ^[52]。

 

主要成就

 

科学成就

科研综述

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 ^[20]。

 

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。

 

教育成就

人才培养

周培源从事高等教育工作60多年，培养了几代力学家和物理学家，有王竹溪、彭桓武、林家翘、张守廉等。周培源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。在组织领导中国的学术界活动、推进国内外交流合作方面作出了重要贡献 ^[80-81]。

周培源培养的博士生有 ^[21]：

毕业时间	论文题目	作者	学位类别
1991年	《斜向自由剪切层流动的特性研究》	林建忠	博士
1993年	《弱解问题的差分理论及其数值方法的研究》	姜宗林	博士
1994年	《充分发展了的平面湍槽流流动的统计理论及自由衰减的均匀各向同性湍流的数值模拟》	孟庆国	博士

 

研制汉字排版系统

他在北京大学，大力支持并亲自组织领导研制成功了华光型电脑镭射汉字编辑排版系统，引发了中国印刷术的重大革新。 ^[24]

 

参与三峡

周培源关心国家的社会主义建设事业。50年代国家考虑建设长江三峡水利枢纽工程时，他曾两次到武汉参加三峡工程会议，并同会议全体人员前往三斗坪考察预选的大坝坝址 ^[71]。

80年代以来，在阅读了全国政协调查闭关于三峡工程的报告和许多其他有关材料后，周培源认为三峡工程不仅仅牵涉到工程技术问题，还牵涉到经济、生态、社会、淹没区的矿藏甚至军事、人防等许多问题，而且建设周期需要20年，耗资将以千亿计。国家要在建设这项工程，必将延缓许多其他急需上马的建设专案，且此工程尚有不少重大问题有待研究论证。因此周培源建议要在综合国力明显允许的条件下，在十分严肃认真的科学研究的基础上，方可考虑三峡工程的施工问题。根据国家科学决策的需要，时已86岁的周培源，于1988年9月接受全国政协的委托，率领182位政协委员奔赴湖北和四川有关地区视察。视察团回京后，周培源以他个人的名义给中央写了报告，据实提出了建议 ^[25] [72]。

 

主要作品

 

图书

出版时间	图书名称	作者	封面	出版社
1952.12	《理论力学》	周培源编著	理论力学	人民教育出版社
1965.07	《空间、时间和引力的理论》	（苏）福克，В.А.著；周培源等译	-	科学出版社
1991	《开发西部》	周培源著	-	学苑出版社
1991	《开华大西南》	周培源著	-	学苑出版社
1992.05	《周培源科学论文集》	周培源著；黄永念等编	周培源科学论文集	中国科学技术出版社
2002.08	《周培源文集》	周培源著	周培源文集	北京大学出版社
2012.09	《理论力学》	周培源编著	理论力学	科学出版社

 

参考资料 ^[22]

论文

发表时间	发表标题	发表刊物	作者
1924年	《三等分角法二则》	清华大学学报（自然科学版）	周培源 [69]
1959年	《SIMILARITY STRUCTURE OF VORTICITY FLUCTUATION AND THE THEORY OF TURBULENCE》	中国科学（英文版）	周培源 [58]
1975年	《ON THE STATISTICAL VORTICITY STRUCTURE THEORY OF HOMOGENEOUS ISOTROPIC TURBULENCE》	中国科学（英文版）	周培源 黄永念 [63]
1976年	《CHAIRMAN MAO'S TEACHINGS ARE NEFFACEABLY ENGRAVED ON MY HEART》	中国科学（英文版）	周培源 [59]
1981年	《ON THE SOLUTIONS OF NAVIER-STOKES EQUATIONS AND THE THEORY OF HOMOGENEOUS ISOTROPIC TURBULENCE》	中国科学（英文版）	黄永念 周培源 [62]
1982年	《ON THE PHYSICAL SIGNIFICANCE OF COORDINATES AND THE SOLUTIONS OF THE FIELD EQUATIONS IN EINSTEIN'S THEORY OF GRAVITATION》	中国科学（英文版）	周培源 [60]
1985年	《ON THE CONDITION OF PSEUDO-SIMILARITY AND THE THEORY OF TURBULENCE》	中国科学（英文版）	周培源 [61]
1985年	《EXACT SOLUTIONS OF PLANE GRAVITATIONAL WAVES UNDER THE HARMONIC CONDITION》	中国科学（英文版）	刘宏亚 周培源 [67]
1987年	《ON THE THEORY OF TURBULENCE FOR INCOMPRESSIBLE FLUIDS》	中国科学（英文版）	周培源 陈十一 [65]
1989年	《THE RED SHIFT IN THE DE SITTER UNIVERSE》	中国科学（英文版）	周培源 黄超光 [66]
1990年	《THE RELATIVISTIC COSMOLOGY UNDER THE HARMONIC CONDITION(Ⅰ)》	中国科学（英文版）	黄超光 周培源 [64]
1990年	《THE RELATIVISTIC COSMOLOGY UNDER THE HARMONIC CONDITION (Ⅱ)——THE POYNTING VECTOR AND REDSHIFT IN THE UNIVERSE》	中国科学（英文版）	黄超光 周培源 [64]
1994年	《Statistical Theory of Homogeneous Isotropic Turbulence for Incompressible Fluids》	中国科学（英文版）	王晓宏 黄永念 周培源 [68]

周培源院士论文数量较多，此处仅收录部分内容

 

荣誉奖项

 

时间	荣誉奖项
1980年	美国加利福尼亚理工学院“具有卓越贡献的校友”奖 [1]
1982年	中华人民共和国国家自然科学奖 [42]
1985年	美国加利福尼亚理工学院“具有卓越贡献的校友”奖 [1]
-	和平老人 [79]
	杰出的民间外交家 [79]

 

社会生活

 

 

公益活动

1987年他将其父亲在家乡遗留下来的600多平方米的住宅捐献给家乡人民作为科普文化活动站 ^[70]。

1989年周培源及夫人王蒂澂把收藏多年的145幅珍贵古代书画捐赠给无锡市博物馆。周培源夫妇将政府颁发奖金的大部分，分别捐赠给他们所在的工作单位北京大学和清华大学附属中学作为科学基金与奖学金；又于1990年5月将这笔奖金的一万元人民币捐赠给中国振华基金会作为奖学金，用于资助鼓励社会上科技、教育事业的发展。周培源夫妇还分别向他们的母校上海市实验小学和吉林省扶余县扶余镇实验小学各捐赠一万元作为奖学金。 ^{[23] [50-51]}

 

社会任职

时间	担任职务
1946年	国际科学协会理事会理事 [3]
1954年9月至1959年4月	中华人民共和国第一届全国人民代表大会江苏省代表
1958年12月至1979年10月	九三学社第五届中央委员会，副主席、常务委员、委员 [34]
1959年4月至1964年12月	中华人民共和国第二届全国人民代表大会江苏省代表 [26]
1959年4月至1965年1月	中国人民政治协商会议第三届全国委员会常务委员 [28]
1964年12月至1975年1月	中华人民共和国第三届全国人民代表大会江苏省代表
1965年1月至1978年3月	中国人民政治协商会议第四届全国委员会常务委员 [29]
1975年1月至1978年2月	中华人民共和国第四届全国人民代表大会代表
1978年2月至1983年6月	中华人民共和国第五届全国人民代表大会北京市代表 [27]
1978年3月至1983年6月	第五届全国人民代表大会常务委员会委员
1978年3月至1983年6月	中国人民政治协商会议第五届全国委员会，九三学社委员
1979年7月2日	中国人民政治协商会议第五届全国委员会副主席 [30]
1979年10月至1983年12月	九三学社第六届中央委员会，副主席、常务委员、委员。 [35]
1980年8月至1993年	政协全国委员会副主席 [3]
1983年6月至1988年4月	中国人民政治协商会议第六届全国委员会，九三学社委员，副主席 [31]
1983年12月至1988年12月	九三学社第七届中央委员会，副主席、主席 [36]
1988年4月至1993年3月	中国人民政治协商会议第七届全国委员会，九三学社委员，副主席 [32-33]
1988年12月至1992年12月	九三学社第八届中央委员会，主席、常务委员、委员 [37]
1992年12月	九三学社第九届中央委员会，名誉主席 [38]
-	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 [70] [76]
	中国最早的国际理论与应用力学联合会执委 [77]，亚洲流体力学大会的发起人之一 [78]，以反对核战争和核武器为目的PUGWASH（帕格沃什）科学与世界事务会议的理事 [71]

 

个人生活

 

 

情感生活

 

1930年某个星期日，周培源到一同学家中作客，无意中发现一张女子照片，他原以为是这位同学的妻子刘孝锦，其实照片的主人叫王蒂澂，是刘孝锦的同学，北平女子师范大学的学生。周、王两人相识两年后，于1932年6月18日在北平的欧美同学会举行了婚礼，清华大学校长梅贻琦亲自主持了婚礼。 ^[7]

 

家庭成员

周培源的大女儿如枚、二女儿如雁相继问世，王蒂澂因身体虚弱而得了严重的肺病。周培源把夫人送至香山眼镜湖边的疗养院疗养了一年。他自己则挑起了既为人父又为人母的双重责任 ^[74]。在女儿看来，父母虽然性格不同，却恩爱一生，“人家一辈子没红过脸”，母亲1989年瘫痪之前，两人每年都要踏青、游玩 ^[75]。

 

其他

周先生早生华发，50岁上右耳失聪，所以说话总“大声嚷嚷”，“自己听不见也怕别人听不见”。89岁时，他的相对论引力论研究有重大进展，一兴奋，心梗住院。91岁时他又招收了博士研究生，想在研究领域有新的突破 ^[39]。

“文化大革命”期间，“中央文革小组”组长陈伯达为了抢夺“科学革命的旗手”，提出要组织批判爱因斯坦的相对论，要周培源参加批判并要召开万人大会 ^[40]。周培源明确指出：“爱因斯坦的狭义相对论批不倒，爱因斯坦的广义相对论在学术上有争论”。 ^[41]

 

人物评价

 

周培源为人正直无私，刚直不阿，作风正派，从不阿谀奉承，投机取巧 ^[55]（科普中国 评）。

周培源先生一生向往光明进步，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 ^[56]（王志珍 评）。

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（武际可 评） ^[43]。

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（陈省身 评） ^[44]。

由衷钦敬他那一贯的为探求真理献身、不计荣辱、不畏物议，坚持实事求是的科学精神（王淦昌 评） ^[45]。

中国科学、教育界最受尊敬的领导者之一（周光召 评） ^[46]。

自己从事物理学习的好老师（钱三强 评） ^[57]。

 

人物纪念

 

故居

周培源故居位于宜兴市芳桥镇后村，1996年11月宜兴市人民政府公布为市级文物保护单位。周培源故居坐北朝南，建于清末至民国初年，有建筑三进 ^[53]。

 

座谈会

2012年9月3日，九三学社中央与中国科协在全国政协礼堂联合举行纪念周培源诞辰110周年座谈会 ^[47]。

 

纪念活动

2012年8月28日，周培源诞辰110周年纪念活动在培源故里、宜兴芳桥镇举行 ^[48-49]。

 

雕像

2014年6月4日，周培源雕像在北大汉中分校的旧址、陕西理工大学北校区正式落成 ^[54]。