周培源对湍流理论的研究有两大贡献。一是他在 20 世纪 40 年代初期首次提出湍流统计理论需要考虑脉动速度方程。他在 1945 年发表的“关于速度关联和湍流脉动方程的解”是现代湍流模式理论的基础。周培源早期的工作早在 20 世纪 50 年代就已被人公开引用, 而真正引起湍流界的重视则是在 1968 年斯坦福会议上。这次会议被认为是湍流研究的一个转折点。二是他在 20 世纪 50 年代初期首次提出“先求解后平均”的湍流动力学途径的想法。
在相对论的研究中, 在广义相对论方面, 他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。20 世纪 30 年代, 他已是知名相对论专家, 并曾参加由国际著名物理学家爱因斯坦教授主持的相对论研讨班, 亲聆爱因斯坦先生教诲。在晚年, 他又提出了谐和条件应当作为严格的物理条件与爱因斯坦的场方程同时并用的理论, 还亲自设计了试验, 实验结果对澄清广义相对论理解上的混乱有极大的帮助。
周培源以惊人的毅力、终生锲而不舍的精神, 在两项基础研究中不断地取得优异的新成就。他对中国近代科学事业发展所作的贡献和作用及对优秀人才的培养是有目共睹的。
周培源在教学上非常重视基础理论, 教导学生要把基本规律掌握透彻。他说: “只有掌握好自然规律, 深入了解客观事物的内部联系, 才能提出自己分析问题和解决实际问题的见解。掌握好自然规律的具体要求是: 能够正确理解和解释自然规律, 运用自然规律, 并探索新的自然规律。”
何祚庥在清华大学上的第一节理论力学课, 就是周培源所开设的。何祚庥认为普通物理、牛顿力学这两门课自己从初中、高中到大学已经念过3遍了, 这里的理论力学课还能讲出什么新内容呢 ? 但没想到的是周培源的理论力学第一课就将他们带到一个全新的境界。周培源直接向学生抛出一个问题: “牛顿的三大定律可不可以归结为两大定律? ”或者说: “牛顿第一定律只是牛顿第二定律的特殊情况, 牛顿三大定律可以归结为两大定律呢? ”虽然之前何祚庥多次读过牛顿力学, 但却从未思考过这样的问题, 因为这可是挑战经典物理学基石的举动! 学生们对此感到非常惊讶, 随后周培源向他们解释“牛顿第二定律中所表示的, 是在绝对坐标里才具有这样的形式, 而牛顿第一定律就定义了绝对坐标。因此, 牛顿力学并不是孤立的没有内在联系的三大定律, 一切物理理论都有它的内在逻辑”。充分运用启发式的教学方式来启发学生的思维, 激发他们对理论物理学的兴趣, 这正是周培源一直所倡导的。
周培源的课程十分受学生们欢迎, 他讲课认真、起劲, 说话频率较快, 富有感染力, 课堂气氛十分活跃。理论力学这门课比较难学, 推理严密,应用灵活, 学生一般不容易入门。高年级同学对它的评价是“什么是理论力学呢? 就是听明白做题也不会的课”。周培源讲授理论力学课多年, 对这一点深有了解。因此, 他要求学生上课认真听讲, 掌握好基本原理, 做题前认真复习。在课堂上鼓励学生随时提问, 甚至开展热烈的辩论。他经过多年积累, 收集了力学中各种各样的难题, 有时就以这些题目作为习题。对于怎样做题, 周培源的观点是“题做多了自然就会做了, 而且要自己做。做题好比打猎, 要自己打, 不要学清朝皇帝, 在西苑南苑养了鹿, 由太监把鹿或猎物赶到自己跟前, 再去射”。周培源希望学生在学习过程中逐渐克服一不懂未经思考便发问, 一不会做题未经思考就去查题解的坏习惯。学生只有加强遇到问题时独立思考的能力, 才能体会到在学习上独立捕获“猎物”时的愉悦心情。
1978 年 8 月 15 日, 周培源、武际可等 3 人撰写的一篇题为《以马克思主义哲学为指导高速发展我国的科学技术》的文章在《光明日报》上发表了, 这篇文章在发表之前经过了无数次的修改和征求意见。
参加此稿撰写的人包括周培源和武际可在内共3人, 他们经过几个月的努力, 数易其稿, 每一稿写完周培源都要从头到尾仔细推敲提出修改意见, 这才形成一个初稿。原以为可以定稿了, 但周培源还是请人民日报社打印了 200 份, 亲自寄给科技界与教育界的朋友们征求意见。这些回信中包括了钱学森先生、裴丽生先生、于光远先生、何祚庥先生、钱三强先生等人提出的宝贵意见。周培源亲自将这些意见逐一进行汇总, 再交给武际可他们修改。这样修改后的稿子总该可以发表了吧? 周培源却总是回答: “多听听别人的意见。”这种认真严谨与虚心求教的精神深深地影响着身边的人。自此以后, 武际可每次写文章不论大小, 都尽量发送给同事和学生, 想多听听他们的意见, 然后再认真修改几遍才脱手。
还有关于“湍流”名字的由来。周培源说, 过去工程中叫“紊流”, 在日本叫“乱流”, 他起初用的是“激流”, 20 世纪 40 年代在昆明的时候, 王竹溪先生查了书, 中国古书上曾有过“湍流”和“涡旋”。王先生建议用“湍流”一词, 周培源认为这个建议很好, 此后就用“湍流”了。
1963 年春, 孙小礼向周培源请教一些著名科学家的哲学思想, 他正在阜外医院住院, 即使住院期间也还在继续研究湍流问题, 病房的桌子上、床上都放着稿纸, 写着密密麻麻的公式和算草。孙小礼说明来意后, 周培源用了一小时的时间, 介绍了他本人自 1957 年起参加过的 4 次帕格沃什会议（即国际科学家讨论和平问题会议）的情况, 并把会议刊物《原子科学家公报》交给孙小礼, 并且告诉他, 像玻尔、玻恩、鲍林等大科学家不仅关心哲学问题, 还关心各种重要的社会问题, 尤其关心世界和平问题。一下子把他的思想从“科学与哲学”引向“科学与社会”“科学与和平”这一广阔的研究领域。
1987 年后, 周培源对三峡工程的宏观论证非常关心。他虽然年事已高、身体多病还亲自到现场考察。一谈到三峡问题, 周培源一再叮嘱学生: “像三峡这样的工程, 一定要百年大计、千年大计、慎之又慎。”学生心想: “周老这么大年纪了, 也不是水利专家, 还不如等专家们讨论定了投个赞成票算了, 你这样为三峡而忙, 还不是瞎操心。”便劝周培源: “你年龄大了, 要注意身体, 有空多打打太极拳。” 没想到周培源对学生的劝说不以为然, 说这是全国每一个人都应当关心的大事, 而且这样大事的决策一定要充分发扬民主。通过三峡工程的论证可以为国家对重大问题的民主决策积累经验。周培源所关心的三峡问题, 让学生深深地体会到, 在重大问题决策上, 有各种不同意见不仅是正常的而且是好事。这些不同意见的存在与充分表达, 可以使决策更正确, 从而可以少犯错误。
孟庆国是周培源先生晚年带的最后一位研究生。他于 1985 年 9 月考进北京大学力学系, 成为周培源的硕士研究生。以周培源的资历, 身边肯定有助教, 但是周培源还是亲自到学校与学生见面, 那时周培源已83 岁高龄, 虽然满头银发, 但神采奕奕, 说话依然很有条理。他主要谈了湍流理论的历史、现状和重要性, 同时认真布置了接下来的工作。对孟庆国的硕士毕业论文, 也是逐字修改, 甚至连标点符号也不放过。1991 年 9 月, 孟庆国到北京大学力学系继续随周培源攻读博士学位, 攻读博士期间, 周培源对他的博士论文不论在选题上还是论文进展上, 都提出了很多有益的建议和思想。在用逐级迭代法求解平面湍流混合层问题时, 他又提出了“广义 Taylor-Green”初始条件。在这期间, 孟庆国与他合的几篇论文周培源都认真、仔细地修改, 提出意见和建议。1993 年年初, 周培源的精力明显不如以前, 但他还坚持让孟庆国定期向他汇报科研进展。论文中有不明白的地方就让孟庆国给他讲解。孟庆国担心他的身体, 建议他早点休息, 他却说: “我不要紧, 把问题搞清楚。”
1957 年 11 月, 中国科学院组织科学家访问苏联, 周培源是成员。那时王义遒刚到莫斯科大学做研究生, 代表团人多翻译少, 他临时帮忙当翻译。这次跟周培源见面, 王义遒向他反映了自己在莫斯科大学学习方向的问题。波谱学技术比高分辨率光谱在研究原子精细结构上有优势, 他想从“高分辨率原子光谱”转学“波谱学”, 但是莫斯科大学物理系当时没有这一方向, 他打听到列宁格勒大学已开展这方面工作。于是把这个情况向周培源一说, 周培源马上表态, “这好办, 我将会见苏联高教部官员, 要向他们反映, 把你转到列宁格勒去。”周培源虽然这么说, 王义遒却并未完全当真, 觉得他那么忙, 未必能如愿以偿, 于是继续在莫斯科大学另找出路。没想到一个多月以后, 苏联高教部来了“命令”, 要他转学到列宁格勒, 这时王义遒才真正感觉到, 周培源的一个允诺, 是会扎扎实实地兑现的。
周培源就是这样一位严肃认真的学者和老师, 在大学的教学岗位上一共工作了 64 个年头。在这 60 多年中, 无论作为一名普通教授, 还是在担任繁重的行政工作之时, 他始终没有脱离教育第一线。几十年如一日, 他一刻不停地思索着、探讨着, 倾尽心血地工作着、奋斗着, 为着科学、为着教育、为着世界和平、为着下一代人!
他又是一位和蔼可亲的长辈, 时刻关心着他的学生、同事。
他更是一位极其正直负责、一切从国家的利益和前途着想的领路人, 还是一位热心于世界和平事业的社会活动家。
周培源先生在教育、科研、对外交流等领域都做出了重大的贡献。他那热爱祖国、酷爱真理、坚持原则、顽强奋斗的精神, 使我们深受感动, 是我们学习的典范, 值得我们永远的尊敬和怀念。
转载自科学技术文献出版社《科学家精神·育人篇》