编者按
2005年是爱因斯坦“奇迹年”100周年和爱因斯坦逝世50周年。2005年7月26日,中德联合举办的“爱因斯坦——宇宙大匠”大型图片展在中国科技馆盛大开展。展览分为“世界观与知识获取”“爱因斯坦的生命历程”“今日的爱因斯坦世界”三个部分。
爱因斯坦一生留存下来的照片很多,而鲜为人知的是,其中一张比较经典的单人照是出自一位中国科学家之手,这位科学家就是著名科学家周培源先生。
周培源,流体力学家,理论物理学家,中国科学院院士。他在爱因斯坦广义相对论中的引力论和流体力学中的湍流理论领域的研究取得了举世瞩目的成就。
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这是爱因斯坦的一张黑白独照。照片中,他坐在扶手椅上,双腿交叠,手放膝头,神态平和。身后摆满书籍的大书柜则营造出浓厚的学术氛围,尽显其智者风范。
照片的拍摄者正是我国流体力学家、理论物理学家、中国科学院院士周培源。
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爱因斯坦
来源|中国网
结缘广义相对论
1919年,周培源考入清华学校(清华大学前身)。就在这一年,爱因斯坦的相对论因日食现象得到证实,在全球引发轰动。这一科学盛事,对周培源产生了极大的震动,他从中看到了基础理论研究对整个世界科技进步所起的巨大作用,他因此对理论物理产生了浓厚的兴趣,决心未来要在该领域内有所建树。
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青年时期的周培源
来源 |《周培源》(画册)
1924年,周培源赴海外求学,带着对物理学的热情进入了芝加哥大学理论数理系。
在芝加哥大学留学期间,周培源从未停止过对广义相对论的思考。1928年,周培源在加州理工学院完成博士论文《在爱因斯坦引力论中具有旋转对称性物体的引力场》。这篇论文不仅包含了周培源对广义相对论的思考,而且因为其深厚的学养与独到的研究,被授予“最佳论文”。
1928年周培源博士毕业论文获得加州理工学院最高荣誉奖
来源 |《周培源》(画册)
为了进一步研究相对论,周培源决定赴欧洲深造。然而来到欧洲不久,他接到清华大学第一任校长罗家伦的信,邀请他回母校任教,周培源欣然应允,回到了日思夜想的祖国。
为爱因斯坦拍照
1936年,周培源利用清华大学学术休假的时间,来到美国普林斯顿高等学术研究院访学。
在这里,他幸运地加入了爱因斯坦亲自主持的相对论研讨班,近距离接触这位科学巨匠整整一年。虽然爱因斯坦并不在课堂上系统讲授相对论,却习惯在报告中分享前沿思考,更乐于在讨论环节与学者们畅谈。
周培源沉浸其中,并受益匪浅。他经常就一些理论问题向爱因斯坦求教,每次爱因斯坦都热情地同他讨论,解答他所提出的问题,而思想碰撞的火花为他日后对相对论的研究埋下了种子。
一年的访学生涯,使周培源和爱因斯坦变得熟络。1937年,在回国前夕,周培源特意来到爱因斯坦的书房辞行。也就是在这里,他用镜头记录下这珍贵的历史性瞬间。
这张照片被周培源珍藏了近二十年,从未示人。
1955年,爱因斯坦与世长辞。周培源向其家属发去唁电,随后又发表了两篇纪念文章。正是在这些文章中,他首次公开了这张珍贵的照片,并赞誉爱因斯坦为 “当代最伟大的物理学家,人类正义事业的积极支持者”。
后来,当女儿好奇地询问为何没有与爱因斯坦合影时,周培源谦虚地说:“他是爱因斯坦,那么伟大,我怎么能站到他身边去呢?”
77岁再探相对论
1937年,周培源访学归国后,抗日战争全面爆发,为了让科学直接服务于战时所需,周培源暂时放下了对相对论的研究,将研究方向转向了湍流学。
这一放,就是40年。
1979年,77岁的周培源出席纪念爱因斯坦百年诞辰的格罗斯曼会议。会上,一位教授的报告引发了他的质疑——当周培源提问“能否用该理论求解一根杆子的引力场”时,对方竟无言以对。这次经历促使他决心重启对相对论的研究。
面对广义相对论求解场方程这一百年难题,周培源独辟蹊径,在引入各向同性条件后,成功求得静止场的多种严格解,丰富了爱因斯坦引力理论。其后,他进一步证明,在均匀或各向同性条件下,引力场方程本身就能导出宇宙的各向同性与弗里德曼度规张量,大幅简化了宇宙学研究。
周培源
来源 |《周培源》(画册)
为验证相对论的相关理论,周培源设计了光速测量实验。面对实验难度大、技术要求高的困境,他带领研究生李永贵攻坚克难,从方案设计到设备调试都亲力亲为。历经十年探索,实验精度达到10⁻¹¹量级,跻身世界领先水平。
从青年时期对广义相对论的执着钻研,到与爱因斯坦的珍贵相遇,再到晚年的再次奋起,周培源的学术生涯始终与相对论紧密相连。而那张他为爱因斯坦所拍摄的照片,不仅是历史的定格,更是他一生追求科学真理的缩影。周培源用自己的行动,在物理学的历史长河中留下了浓墨重彩的一笔,他的学术精神和科研成果,将永远激励着后来的科研工作者在探索科学真理的道路上砥砺前行。
参考文献:
[1]中外名人传记故事丛书——周培源传[M].中国和平出版社,2003.
[2]周培源:新中国科技领军巨匠[J].中华英才,2008-06-03.
[3]周培源:在书房中为爱因斯坦照相 | 科学史小画[OL].中科院之声,2022-08-28.
中国科学家博物馆出品
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