加州理工學院畢業的第一名中國博士生

周培源（1902-1993）

編者按：

周培源，著名流體力學家、理論物理學家、教育家和社會活動家，中國近代力學奠基人和理論物理奠基人之一。由於他在1940年對於湍流研究的奠基性工作，被尊為「湍流模擬之父」。

1995年，「流體力學年鑒」雜誌刊登了由周培源先生生前撰寫的題為「中國湍流研究的五十年（50 Years of Turbulence Research in China）」的文章。康奈爾大學教授約翰·拉姆利（John Lumley）為這篇文章作序，這篇序言從一位外國友人和湍流大師的角度對周先生一生的工作做了簡短的回顧。此次，本文作者將該序言節選並翻譯，旨在讓讀者通過簡短的文字去了解這位流體力學大師的點滴事迹。

作者|約翰·拉姆利（康奈爾大學教授）

編譯 | 潘玉林

中國湍流研究的五十年

周培源先生在流體力學與理論物理方面貢獻卓著。對於後者，他的工作主要集中在廣義相對論和引力論的研究上，在這些領域上我沒有資格評論。然而，當二戰爆發時，他希望以其所學服務於中國和世界的自由，因此他暫時放棄了理論物理並著手於流體力學的研究。在湍流領域，他被視為計算機模擬之父。

在發表於「中國物理學報（4,1（1940）pp1-33）」的一篇開創性文章中，他引入了湍流脈動速度二元關聯函數與三元關聯函數的方程，並進而提出四元函數與二元函數相互聯繫的模型。此方法後來也於1945和1947年發表在國際文獻的三篇文章中，它與米林斯奇科夫稍後提出的方法略有不同。

周先生使用了一個渦量擬能的方程為湍流場提供了一個時間尺度。柯爾莫哥洛夫（Andrey Kolmogorov）雖也曾建議過對於湍流小尺度進行參數化，但並沒有繼續下去。可惜周先生的方法出現於計算機普及之前；當時人工計算的能力也是相當有限的。但毫無疑問的是，今天世界上成百上千的忙於建立為CFD代碼所用的湍流模型的學者們，都應視周先生1940年的這項工作為鼻祖。

1920年的周培源

周先生於1926年獲得芝加哥大學的學士與碩士學位，並於1928年在E.T. Bell的指導下因對廣義相對論的研究獲得加州理工學院的博士學位。他是從加州理工畢業的第一名中國博士生。

1928年秋季，他隨沃納·海森堡（Werner Karl Heisenberg）在萊比錫開始博士後研究。次年春天，當海森堡離德赴美後，沃爾夫岡·泡利（Wolfgang E.Pauli）邀請周先生加入他所在的蘇黎世聯邦理工學院，並在量子力學方面繼續博士後研究。周先生於1929年秋天回國，並成為清華大學最年輕的教授，年僅27歲。由於他是唯一一名理論物理學家，因此所有關於理論物理的課都由他來教授。

在1938至1947年的戰爭期間，他在西南聯合大學任物理學教授。周先生於1936-1937年進行了第一次學術休假，他來到了普林斯頓高等研究院，並參加了愛因斯坦的研討會。在1943至1947年期間，周先生利用第二次學術休假來到了加州理工學院。他與美國科學研究辦公室，國家安全研究委員會，海軍武器實驗基地都有過合作，對於飛機發射魚雷的問題進行了研究。戰爭結束後，周先生攜家眷回到清華大學。

周先生對於將現代物理學引入中國有著巨大的貢獻（同更老一輩的三四名物理學家一起），他也是中國現代力學學科的創立者。1952年，周先生轉入北京大學，先後出任教務長、副校長，最終於1976年成為校長。在北大，他負責力學學科的建設，創建了中國最早的力學基地，並為中國培養了大批一流素質的專家。實際上，周先生個人培養了難以數計、遍及天下的學生，並一直工作到90歲。他數次當選中國科學院副主席，以及中國科學技術協會主席。他也是中國物理學會主席，中國理論與應用力學學會副主席。

1938年，周培源與友人合影。左起：周培源，梁思成，陳岱孫， 林徽因，梁再冰，金岳霖，吳有訓，梁從誡。

周先生十分熱衷於國際交流。他作為中國唯一的代表參加了1957年在加拿大召開的帕格沃什科學和世界事務會議，並且直至去世仍是帕格沃什會議的成員。1946年在巴黎，他被選為國際理論與應用力學會議（ICTAM）委員，以及新成立的國際理論與應用力學協會（IUTAM）委員。1978年，通過中美學者交流會（CSCPRC），周先生受美國政府之邀帶領中國教育代表團訪美，這甚至是在中美建交之前。這次訪問的目的是就兩國間學者交流計劃進行協商。

周先生創造了「訪問學者」這個頭銜，這成為了交換計劃得以成功建立的關鍵因素。中美之間的這項學者交流計劃也持續到了今天。周先生是亞洲流體力學會議的創建者之一，這在現在成為了亞太地區流體力學學者研討學術的一個有效的論壇。1980年，普林斯頓大學授予他榮譽博士學位。1982年，他獲得中國自然科學獎。1980年和1985年，他先後兩次獲得加州理工學院傑出校友獎章，他也是唯一一個兩次獲得這項榮譽的加州理工校友。

1943年，周培源與錢學森夫婦及友人在美國加州帕薩迪那（Pasadena）市合影

1946年6月周培源全家在美國加州帕薩迪那（Pasadena）市合影

老一輩的讀者們一定熟知與周先生的學術生涯在時間上重合的中國社會的動蕩：大概來講，他經歷了日本入侵、二戰、國共內戰、四人幫的興起與垮台，以及文革。他的政治立場值得尊敬，在這些動亂中，他身為一名活動家而未受到嚴重傷害實在是一件幸事。

1919年他在上海讀高中時，由於參加五四運動被驅逐。在文革期間，周先生反對四人幫，抵制他們的反科學操控。1972年，在寫給周恩來總理的一封言辭激烈的信中，周先生指出了忽略基礎科學的嚴重危害。四人幫被推翻後，周先生才得以恢復其北大校長的職務。在他積極地領導下，北大重建和改革了學校的教育與科研工作。

毛澤東和鄧小平會見周培源（1960年/1980年）

在周先生的職業生涯開始時，由於漢語的複雜帶來的輸入問題，列印、計算和電子交流的困難使得中國的科學研究大為滯後。正是周先生看到了計算機化編輯和激光列印設備對漢字的重要性，並給予了相關研究團隊最初期的強有力的支持。這個團隊由北京大學的王選教授領導，周先生的幫助為他們的成功鋪平了道路——這項工作為中國今天的列印工業帶來了革命性的變化。

1986年6月，周培源與繼任中國科協主席的錢學森親切交談

這個簡短的介紹僅包含了周先生漫長且成就卓越的職業生涯的點滴。對於他還致力於中國西南資源開採和環境保護的研究和評估，我們就點到即止了。他招待過大批的外國來賓，並在致力於世界和平的很多國際會議和場合代表中國出席。

在這個時代至少有四位流體力學的巨人，分別來自四個國家。他們以自己的方式在國內外都享有崇高的聲譽，這不僅是因為他們在流體力學領域的建樹，也是由於他們卓越的領導能力和對於知識的傳承。在他們各自的國家裡，大量優秀的流體力學工作者都可以追根溯源到這個偉大的鼻祖。這樣的人在我心中有美國的馮·卡門（Theodore von Kármán）、蘇聯的柯爾莫哥洛夫（Andrey Kolmogorov）、英國的泰勒（GI Taylor）和中國的周培源。

本文首發於《MIT科研范》，《知識分子》獲得作者授權刊發，略有修訂。

作者簡介：

潘玉林，MIT機械系博士生，在Vortical Flow Research Lab從事流體力學方面的研究工作。研究領域包括理論與計算流體力學，非線性波浪力學，弱湍流理論，螺旋槳與機翼理論。

製版編輯：呂浩然丨

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