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加州理工学院毕业的第一名中国博士生

2017年02月27日 13:14 来源于 财新网
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加州理工学院毕业的第一名中国博士生,被后世誉为“湍流模拟之父”
资料图:周培源

  编者按:

  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,中国近代力学奠基人和理论物理奠基人之一。由于他在1940年对于湍流研究的奠基性工作,被尊为“湍流模拟之父”。

  1995年,“流体力学年鉴”杂志刊登了由周培源先生生前撰写的题为“中国湍流研究的五十年(50 Years of Turbulence Research in China)”的文章。康奈尔大学教授约翰•拉姆利(John Lumley)为这篇文章作序,这篇序言从一位外国友人和湍流大师的角度对周先生一生的工作做了简短的回顾。此次,本文作者将该序言节选并翻译,旨在让读者通过简短的文字去了解这位流体力学大师的点滴事迹。

  作者 | 约翰•拉姆利(康奈尔大学教授)

  编译 | 潘玉林

  周培源先生在流体力学与理论物理方面贡献卓著。对于后者,他的工作主要集中在广义相对论和引力论的研究上,在这些领域上我没有资格评论。然而,当二战爆发时,他希望以其所学服务于中国和世界的自由,因此他暂时放弃了理论物理并着手于流体力学的研究。在湍流领域,他被视为计算机模拟之父。

  在发表于“中国物理学报(4,1(1940)pp1-33) ”的一篇开创性文章中,他引入了湍流脉动速度二元关联函数与三元关联函数的方程,并进而提出四元函数与二元函数相互联系的模型。此方法后来也于1945和1947年发表在国际文献的三篇文章中,它与米林斯奇科夫稍后提出的方法略有不同。

  周先生使用了一个涡量拟能的方程为湍流场提供了一个时间尺度。柯尔莫哥洛夫(Andrey Kolmogorov)虽也曾建议过对于湍流小尺度进行参数化,但并没有继续下去。可惜周先生的方法出现于计算机普及之前;当时人工计算的能力也是相当有限的。但毫无疑问的是,今天世界上成百上千的忙于建立为CFD代码所用的湍流模型的学者们,都应视周先生1940年的这项工作为鼻祖。

  周先生于1926年获得芝加哥大学的学士与硕士学位,并于1928年在E.T. Bell的指导下因对广义相对论的研究获得加州理工学院的博士学位。他是从加州理工毕业的第一名中国博士生。

  1928年秋季,他随沃纳•海森堡(Werner Karl Heisenberg)在莱比锡开始博士后研究。次年春天,当海森堡离德赴美后,沃尔夫冈•泡利(Wolfgang E.Pauli)邀请周先生加入他所在的苏黎世联邦理工学院,并在量子力学方面继续博士后研究。周先生于1929年秋天回国,并成为清华大学最年轻的教授,年仅27岁。由于他是唯一一名理论物理学家,因此所有关于理论物理的课都由他来教授。

  在1938至1947年的战争期间,他在西南联合大学任物理学教授。周先生于1936-1937年进行了第一次学术休假,他来到了普林斯顿高等研究院,并参加了爱因斯坦的研讨会。在1943至1947年期间,周先生利用第二次学术休假来到了加州理工学院。他与美国科学研究办公室,国家安全研究委员会,海军武器实验基地都有过合作,对于飞机发射鱼雷的问题进行了研究。战争结束后,周先生携家眷回到清华大学。

  周先生对于将现代物理学引入中国有着巨大的贡献(同更老一辈的三四名物理学家一起),他也是中国现代力学学科的创立者。1952年,周先生转入北京大学,先后出任教务长、副校长,最终于1976年成为校长。在北大,他负责力学学科的建设,创建了中国最早的力学基地,并为中国培养了大批一流素质的专家。实际上,周先生个人培养了难以数计、遍及天下的学生,并一直工作到90岁。他数次当选中国科学院副主席,以及中国科学技术协会主席。他也是中国物理学会主席,中国理论与应用力学学会副主席。

  ►1938年,周培源与友人合影。左起:周培源,梁思成,陈岱孙,林徽因,梁再冰,金岳霖,吴有训,梁从诫。

  周先生十分热衷于国际交流。他作为中国唯一的代表参加了1957年在加拿大召开的帕格沃什科学和世界事务会议,并且直至去世仍是帕格沃什会议的成员。1946年在巴黎,他被选为国际理论与应用力学会议 (ICTAM) 委员,以及新成立的国际理论与应用力学协会 (IUTAM)委员。1978年,通过中美学者交流会(CSCPRC),周先生受美国政府之邀带领中国教育代表团访美,这甚至是在中美建交之前。这次访问的目的是就两国间学者交流计划进行协商。

  周先生创造了“访问学者”这个头衔,这成为了交换计划得以成功建立的关键因素。中美之间的这项学者交流计划也持续到了今天。周先生是亚洲流体力学会议的创建者之一,这在现在成为了亚太地区流体力学学者研讨学术的一个有效的论坛。1980年,普林斯顿大学授予他荣誉博士学位。1982年,他获得中国自然科学奖。1980年和1985年,他先后两次获得加州理工学院杰出校友奖章,他也是唯一一个两次获得这项荣誉的加州理工校友。

  老一辈的读者们一定熟知与周先生的学术生涯在时间上重合的中国社会的动荡:大概来讲,他经历了日本入侵、二战、国共内战、四人帮的兴起与垮台,以及文革。他的政治立场值得尊敬,在这些动乱中,他身为一名活动家而未受到严重伤害实在是一件幸事。

  1919年他在上海读高中时,由于参加五四运动被驱逐。在文革期间,周先生反对四人帮,抵制他们的反科学操控。1972年,在写给周恩来总理的一封言辞激烈的信中,周先生指出了忽略基础科学的严重危害。四人帮被推翻后,周先生才得以恢复其北大校长的职务。在他积极地领导下,北大重建和改革了学校的教育与科研工作。

  ►毛泽东和邓小平会见周培源(1960年/1980年)

  在周先生的职业生涯开始时,由于汉语的复杂带来的输入问题,打印、计算和电子交流的困难使得中国的科学研究大为滞后。正是周先生看到了计算机化编辑和激光打印设备对汉字的重要性,并给予了相关研究团队最初期的强有力的支持。这个团队由北京大学的王选教授领导,周先生的帮助为他们的成功铺平了道路——这项工作为中国今天的打印工业带来了革命性的变化。

  ►1986年6月,周培源与继任中国科协主席的钱学森亲切交谈

  这个简短的介绍仅包含了周先生漫长且成就卓越的职业生涯的点滴。对于他还致力于中国西南资源开采和环境保护的研究和评估,我们就点到即止了。他招待过大批的外国来宾,并在致力于世界和平的很多国际会议和场合代表中国出席。

  在这个时代至少有四位流体力学的巨人,分别来自四个国家。他们以自己的方式在国内外都享有崇高的声誉,这不仅是因为他们在流体力学领域的建树,也是由于他们卓越的领导能力和对于知识的传承。在他们各自的国家里,大量优秀的流体力学工作者都可以追根溯源到这个伟大的鼻祖。这样的人在我心中有美国的冯•卡门(Theodore von Kármán)、苏联的柯尔莫哥洛夫(Andrey Kolmogorov)、英国的泰勒 (GI Taylor)和中国的周培源。

  本文首发于《MIT科研范》,《知识分子》获得作者授权刊发,略有修订。 

责任编辑:于达维 | 版面编辑:王永
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