科学网—周培源先生与工程科学
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2026-6-11 07:17
| 个人分类: 科技史 | 系统分类: 人物纪事
周培源先生与工程科学
武 际 可
提要 文章介绍周培源先生在工程技术与应用方面的研究、参与、组织领导方面的工作与成果。让我们了解作为教育家、流体力学、理论物理著名学者的科学家的另一面。他 参与、支持和组织的工程科学和应用研究业绩在百多年的北大历任的校长中是绝无仅有的。
关键词 周培源 工程科学
我国著名的科学家、教育家与社会活动家周培源先生，他的研究方向是理论物理与流体力学。具体说是理论物理中的相对论和流体力学中的湍流理论，这是这两个学科中最具有挑战性的理论难题。周培源在其中都做出了开创性的工作。
在文革中，由于四人帮的肆虐，理科无用流行，造成人人畏惧理科、谈理变色局面。是周培源先生顶风而上，直接上书周总理，谈基础科学的重要性。并得到周总理的支持。
由于周培源先生自己对研究的兴趣，由于周培源先生捍卫基础学科的大无畏精神。于是周培源先生的追求和捍卫基础科学的鲜明形象深入人心。以至于人们对他参与、支持和重视应用研究和工程研究的方面了解不多。本文就是要简单回顾一下周培源先生这方面的情况。帮助我们比较全面地了解这位伟大的教育家。
1943 年，周培源先生因休假赴美在加州理工大学访问，其间，周培源先生用了一年的时间深入研究湍流理论。在 1945 年在《应用数学》杂志上发表论文《关于速度关联和湍流脉动方程的解》。这就是周培源先生在湍流方面影响最大的论文。
到 1945 年，他受邀美国政府的国防研究。由于周培源先生在流体力学方面的工作已经很出名，所以周培源受邀参加了在加州理工大学组织的鱼雷入水的研究这项研究，不久二战结束，这项研究也便终止了，当时参加这项研究的其他成员都转去做别的事，而周培源先生坚持到底，一直由他写出该项目的总结报告。这项报告一直被美方列为保密资料，一直到 1957 年才解密。鱼雷入水课题是一个典型的工程技术课题。周培源先生既然参加了，就善始善终把它做好，一直到课题总结报告。这是周先生亲自参加过的工程技术项目的研究。那时周先生正是四十刚过，正是湍流研究出成果的年龄，他能够同时挤出时间做工程技术课题，说明他在战时的条件下对工程实际课题的研究是十分重视的。
从 1952 年全国院系调整，周培源来到北大，历任教务长、副校长、校长等校领导工作。其中周培源先生把主要精力投身于工程技术工作并做出了显著业绩的，主要有两项。
一项是汉中分校的建设。 1965 年三月，毛泽东发出指示：北大清华要建分校，免得打起战来搞西南联大。北大把建设分校的任务分工到周培源先生主抓。学校决定数力系的力学专业、技术物理系、无线电系內迁。周培源先生从 1965 年开始，从选择校址，又根据这些系科的特点提出规划与设计要求，最后参与校区的施工。经过两年多的努力，校区建设初具规模。于 1969 年 10 月这三个系科师生迁往分校。于 1970 年招收工农兵学员开始正式教学。
汉中分校校区的建设，是一项复杂又有一定规模的土木工程。周培源先生一个阶段全力以赴。甚至有一段住在汉中。事后无论是北大汉中分校的师生还是后来在该校址继续办学的陕工大师生的反应，这个校区的设计与建设是一项优秀的工程。无论在选址上节约耕地、满足教学和研究需要，教学设施、供水系统、金工车间、食堂和体育设施都是无可挑剔的。它说明，周培源先生不仅重视工程和技术，而且他能够组织实现建设一个校区的工作。说明他不仅学术上在理论研究上做出举世瞩目的成绩，而且在工程建设的组织管理上也不外行，一定程度上还可以说是很优秀的。
另一项是王选的汉字激光照排系统的成功。这个项目其实在 1974 年就开始了，但是由于在文革中各项工作都不能正常进行，项目困难重重，实际上处于半停顿中。文革后周培源先生介入项目，他先是下决心关停了文革中办起的对环境有严重污染的制药厂，后了解激光照排项目的困难并逐一加以解决。没有办公用房，他与校内各方打交道，将北大老图书馆腾出供激光照排团队办公；人力不足，他从各系抽调教师参加该项目。在解决校内困难的基础上，又是周先生对外理顺了和投资方新华社的关系以及硬件生产单位的关系。周先生并且随时关心项目进展，例如当样书出来后是他专门写信向中央领导送上样书，并且叮嘱王选在国外申报专利。随后激光照排走向市场，使汉字印刷产生了革命性的变化。王选后来回忆，没有周老的关心和支持激光照排很难取得成功。所以后来北大建立印刷技术研究所，他们让周先生出任名誉所长，以纪念周先生在激光照排中的功勋。
1954 年周培源先生在《光明日报》上发文《力学是和国家建设有密切联系的科学》。文章说：“ 1952 年在北京大学成立数学力学系，以力学专业作为数学力学之组成部分之一。这是中国高等学校在基础科学方面的系科设置的发展史上暂新的一页。”“祖国需要大批能直接投入工业建设的力学工作者。”从文章的标题和所引的几句话，可以明确地看出， 周老眼中的力学，既是一门基础科学，又是一门和国家建设密切联系的工程科学。 对周老对力学双重性的论述 。 几年内，并没有听到不同的见解。
然而， 1957 年在《科学通报》上钱学森先生发表了一篇《论技术科学》的论文。文中明确提出“ 力学本身也就成为技术科学的一个范例，也是我们现在对技术科学这一概念的一个来源。 ”
现在，关于力学学科的性质，有了两种不同的意见。到 1958 年，大批力学系在几十所高校诞生，由于新建立的力学系大半都是由原来的工科系科转为力学系科的，所以认为力学是技术科学的居多。其中比较著名的代表人物有：主张力学属于技术科学的有钱学森、张维、钱令希；主张力学是具有基础学科和工程技术学科两重性的有周培源、钱伟长、谈镐生。他们都在有关的杂志或会议上发表过相关的论述。后来人们逐渐把这个争论简单化，化简为主张力学是基础学科和主张力学是技术学科的争论。这样一简化，一般人就自然理解为主张力学是基础学科的人不言而喻地被理解为反对应用。这种简化，至今仍有影响。
直到 1977 年 , 谈镐生先生参加中国科学院力学规划会议期间，针对当时全国基础科学发展规划（ 1978 〜 1985) 将力学排除在基础科学之外的状况，向有关领导递交了一份重要意见（《关于制定自然科学学科发展规划会议的几 , 点意见》）。尽管当时在科学家中对力学学科的性质，力学与物理学的关系等，有不同的看法，但是有关领导们均同意谈先生在全国基础科学发展规划中补充上力学学科规划的建议，此意见得到了邓小平同志的同意，于是，次年由周培源任领导小组组长、钱学森等人任副组长，召开了全国力学规划会议，历时半个月，全国力学界对力学学科的认识达到了统一：力学既是基础科学、又是应用科学；力学是几大基础学科之一。
周培源先生 1979 年在《力学与实践》创刊号上发表文章《 谈谈对 力 学认识和几个关系问题 》， 这篇文章代表了大家统一认识后对力学的看法。文章说： “ 从 力学长期发展的历史来看 , 我们可以得出这样一个初步的结论 , 就是力学具有很强的基础性 , 又有极为广泛的应用性。两者相辅相成 , 互相促进。所以 , 力学既是基础科学 , 又是应用科学。这和数学、物理学、化学、生物学等门科学 , 并没有什么两样的地方。 ”
北大力学专业自从 1952 年诞生， 1979 年独立成系。一直是在周培源先生对力学既是基础学科又是应用学科的见解下进行教学与研究的。为了强调理论与应用并重， 1996 年力学系更名为力学与工程科学系。 1952 年力学专业成立以来，在理论与应用方面都做出了可观的业绩。
在理论研究方面，成果累累。周培源、黄永念等提出的湍流先计算后平均的新路径；黄永念的动力系统；颜大椿、魏中磊、盛森芝的湍流实验与测量；黄琳的控制理论；陈滨的分析力学；王敏中的弹性力学通解与平均 Eshelby 问题；殷有泉、曲圣年的塑性本构关系的研究；王大钧、武际可关于弹性结构与薄壳问题正定性的证明；武际可黄克服关于分岔问题及其计算方法的研究；黄筑平的塑性力学研究。苏先基等研制成功电火花动态光弹性仪，可以达到每帧微秒级。
在工程应用方面： 1956 年全国十二年科技规划在北大建造大风洞，原来是为研究湍流计划的，当周老得知我国航空方面还没有合适的大风洞时毅然将二元试验段停下来先建三元段，于 1958 年吹风。三元段为我国早期航空工业发挥了相当的作用，后来在孙天风教授开创的风工程研究上也发挥了重要作用。钮珍南、尹洁芬、王信英等的风洞设计，他们对外设计过环境风洞，还设计过大型激波风洞。沈钧涛等研制成功基于柯氏加速度原理的流量计，并且已投产。
固体力学教研室在国内推出过最早的几个结构分析通用程序：曲圣年 1972 年自编弹性力学平面问题通用程序； 1973年武际可王大钧 袁明武 等编制了用有限单元法求解弹性旋转薄壳的静力分析程序 BS和动力分析程序BSD ； 1973年-1975年，北京大学的曲圣年用汇编语言编制的 含 20节点的三维求解弹性力学问题的YD程序 ； 1979年开始，北京大学曲圣年、邓成光、吴良芝等，对美国加利福尼亚州立大学伯克利分校威尔逊开发的结构分析SAP系列进行了消化、移植和推广工作。先后经过近11年的工作，举办培训班16期，为数以百计的重要工程解决了计算与应力分析问题。该项目获1985年国家科技进步二等奖；1984年北京大学袁明武将加利福尼亚州立大学伯克利分校威尔逊开发的在微机上运行的结构分析通用程序SAP81扩充改进为SAP84，为国内大量工程计算应用。它是国内结构分析首个微机版通用程序。
由于风工程和计算机结构分析的研究，力学系为我国数以千计的大型工程提供了设计参考资料。如陕西褒河水库、上海东方明珠、虎门大桥、北京世纪坛结构、北京植物园结构、全国数以百计的大型冷却塔结构，援建巴基斯坦大桥的稳定性分析。
一般力学在汉中时期参加过雷达设计与研制。
在教学方面 1996 年在国内最早开办结构分析专业。
2005 年力学系扩展为北大工学院。在工学院中的力学系仍然坚持理论与应用并重的原则。这种风格还会影响工学院新添加的其他系科。
周培源参与、支持和组织的工程科学和应用研究业绩在百多年的北大历任的校长中是绝无仅有的。他不仅是一位基础研究成就斐然的学者，也是一位应用研究的组织者。他是一位理论与应用并重的教育家。
20250822
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