理论教育 周培源的研究成果-创立独特的湍流理论模式

周培源的研究成果-创立独特的湍流理论模式

时间:2023-10-01 理论教育 版权反馈
【摘要】:周培源的研究很快就出了成果。历经50多年的艰苦努力,周培源建立了我国独特的“湍流”理论体系,被世界公认为“湍流”模式理论的奠基人。从山邑村的小阁楼上起步,周培源成功地跃上了又一座科学的“龙门”。然而,住进这所楼房的周培源没有那样潇洒。物理系主任饶毓泰戏称周培源是“周大将军”。无论是在清华园和未名湖畔或远离祖国的异国他乡,还是在战争环境中的边疆,她都与周培源同甘共苦,体味成功的欢乐与生活的磨难。

周培源的研究成果-创立独特的湍流理论模式

卜保怡

山邑村位于滇池西岸,是一个依山傍水、风景秀丽的小村庄。村后就是西山罗汉崖的悬崖绝壁。清代昆明名士杨汝兰组织西山脚下70多户石工,在绝壁上开凿了龙门石窟。整个工程构思奇巧,工艺精湛,令人叹为观止。西山龙门工程竣工后,登龙门的千级石阶起于此,山邑村成了登龙门的起点。

就在龙门下的山邑村,抗日战争时期,有一位名叫周培源物理学家,在他的“湍流”里,也开始了奋力向又一座科学“龙门”的飞跃。

此前十多年来,周培源的精力,主要集中在对爱因斯坦的“相对论”的研究。就在滇池西畔,他调转了十几年的研究方向,开始从事他的第二个专业“湍流理论”的研究。理由是:相对论是长期的理论课题,不能直接为抗战服务。大敌当前,科学家须以更具实用意义的科学项目来报效祖国。

“湍流”是自然界最常见的现象。“湍流”是水流和气流中形成的旋涡,“湍流”理论具有广泛的用途,如设计制造飞机或船艇时,可以应用其理论减少阻力,避免因气流或水流涡流造成的事故。“湍流”理论也是物理学最困难的领域之一。

在山邑村,周培源沉醉于“湍流”理论的研究,整日把自己关在一间小楼上,甚至与来访的好友达成默契:来去随意,不必应酬接待。

周培源的研究很快就出了成果。1940年,他发表了第一篇“湍流”论文,在国际上首次提出“湍流”的脉动方程。1945年,发表了《关于速度关联和“湍流”脉动方程的解》,在国际上产生了重大影响。这篇论文被国际科学界视为经典,至今仍为人们所引用。数年后,他所提出的“湍流”的解在国际上发展为“湍流”模式理论。历经50多年的艰苦努力,周培源建立了我国独特的“湍流”理论体系,被世界公认为“湍流”模式理论的奠基人。从山邑村的小阁楼上起步,周培源成功地跃上了又一座科学的“龙门”。

周培源1902年出生于江苏宜兴。1924年清华学校毕业后赴美国留学,在3年半时间里,他在美国芝加哥大学、加州理工学院攻下了学士、硕士、博士3个学位。此后,又赴德国莱比锡大学,修完博士后全部学业。1929年9月应清华大学校长之邀回国担任清华大学物理系教授。

1937年7月,抗日战争爆发,周培源一家随清华大学迁到昆明,在西南联大任教。到昆明后,周培源一家先住在大观楼附近的“马家花园”,1938年9月28日起,日本飞机开始轰炸昆明。周培源一家便搬到西山龙门脚下滇池边山邑村,租了一座空闲的房子住下。

山邑村周培源租住的房屋,系一位曾留学美国的人士所建。这是一所砖柱土墙木结构二层三开间的楼房,占地面积80多平方米,名叫“闼翠楼”。其宽展的前廊,方型石柱以及石砌的拱型门窗,有浓厚的欧美风格。而中间房门两侧的石柱上,则书写有篆书的楹联:“中有白鸥闲似我,行尽青溪忽值人。”“中有白鸥闲似我”采自宋代诗人黄庭坚的《演雅》。“行尽青溪忽值人”,是唐代诗人王维《桃源行》的诗句。这里背靠青黛的西山,房前屋后,绿树成荫,庭院中有水池,庭院前便是清波荡漾的滇池。主人集这两句诗作为楹联,自然体现了对清静优美的世外桃源生活的向往。

然而,住进这所楼房的周培源没有那样潇洒。山邑村距离昆明城大约有10公里的路程,当时西山脚下还未修通公路,周培源就买了一匹马,取名“华龙”。他每天早晨5点起床喂马、刷马,然后骑马送两个女儿到车家壁小学读书,有课的时候去西南联大上课,没课的时候就回家做科学研究。

这匹马是云南本地的永胜马,长于负重运输。一天早晨,他骑马进城上课的途中,马被急驰而过的汽车惊吓得又蹦又跳,把他从马背上摔下而脚却套在了马镫上,不能挣脱。马拖着头朝下脚朝天的周培源继续前跑,幸而路旁站出了一位勇敢的农民,挺身相救,冒险把马拦住,抓住奔马的缰绳,把周培源的脚从马镫中解开,保住了他的性命。

在战争特殊岁月里,为了抗日、为了培养人才、为了科研、为了子女,周培源甘冒这样的风险。骑马两年后,高峣到海口的简易公路修通,从山邑村后经过,他才买了一辆自行车,蹬车往返。

周培源骑马到学校上课时,就把“华龙”拴在教室门外。教授骑马上课,讲授现代科学,这也是抗日战争时期的一道风景。物理系主任饶毓泰戏称周培源是“周大将军”。

当然,饶毓泰所指的不仅只是周培源的马上雄姿,而且还暗喻他在中国近代物理学界的地位和作用。20世纪上半叶,我国一批学者在物理学的众多领域都做出了一流水平的研究成果,对现代物理学的发展作出了重要贡献。各个领域都有其学术带头人,周培源就是“力学”“相对论”“引力论”及“宇宙论”领域的领军人物。(www.daowen.com)

抗日战争期间,周培源在西南联大物理系任教6年,一共开了《力学》《流体力学》《电动学》《普通相对论》和《电动力学》等5门课程。其中,每年都开的课程是《力学》。《力学》是联大物理系的基础课,而《流体力学》《普通相对论》《电动力学》等课程是高年级和研究院学生的课程。当时,学校里实验条件很差,但却培养出林家翘、胡宁、郭永怀、钱伟长等著名的力学科学家。

周培源

周培源不仅学术造诣深厚,他的学风和敬业精神对学生更有深远的影响,深受同学的敬重。他讲的课程基本都是自编讲义,经常自刻蜡纸,亲自油印讲义发给学生。搬到山邑村居住后,周培源家离联大较远,他本可以要求学校将课程集中讲授,但为了同学们学习效果好,他从不采取连续数小时集中讲授的方式。他不辞数小时辛苦跋涉,每周三天来校授课,而且从不迟到一分钟。

在昆明的几年当中,周培源一家的生活极其清苦,这是他们一生中最艰苦的日子。

周培源的夫人王蒂澂生于东北吉林,可谓“北人南相”,她有北方人的性格,大气、洒脱,又有江南女子的清秀、雅丽和灵性。无论是在清华园和未名湖畔或远离祖国的异国他乡,还是在战争环境中的边疆,她都与周培源同甘共苦,体味成功的欢乐与生活的磨难。

在山邑村,受过高等教育的王蒂澂承担着繁重的家务,除了照管3个女儿,还在庭院里养了一些鸡,在门前的小水池里养上了一些鱼。每天,当小女儿在摇篮里睡着,她不是喂鸡喂鱼,在家门前的滇池里洗衣服、洗菜,就是忙着烧火做饭。客人来了,还要张罗安排。

每到周末,山邑村的小院,热闹非凡。梁思成林徽因、陈岱孙、金岳霖、张奚若、任之恭、吴有训、李继侗等老朋友到此相聚,沈同、陈福田、陈省身、邵循正等联大教授也不时来访。楼上楼下的房子里,地上床上经常是睡得满满的。

1943年初,周培源再赴美国,到加州理工学院从事科学研究工作,从而离开了昆明,离开居住了将近4年的山邑村。

周培源1947年回国,任清华大学教授和教务长。1952年起任北京大学教授,创建了新中国第一个力学专业,并先后担任北京大学教务长、副校长和校长。

1955年当选为中国科学院数学物理学部学部委员(院士)。先后兼任中国科学院副院长,并长期担任中国物理学会、中国力学学会的领导职务。从1980年起任中国人民政治协商会议全国委员会副主席。周培源于1993年以91岁的高龄去世。

大浪淘沙,岁月留痕,滇池岸边周培源一家居住工作过的这座小楼,经历了百年沧桑,虽然十分破旧,却保留至今。2003年,西山区人民政府将它公布为文物保护单位,2011年公布为昆明市文物保护单位,只因为它承载着抗日战争时期一段特殊的历史,记载着中国人民的好儿女周培源的一段艰辛而勤奋的岁月。

(摘自《湖畔西山》)

周培源(左一)和家人与友人在旧居前合影

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