早在1919年,爱因斯坦的相对论因日食得到证实,引起世界轰动,国内也掀起了介绍和传播相对论的高潮,周培源受此激励,迷上了物理学。他曾抱有“工業救国”之梦,但最终去了有美国“中西部哈佛”之称的芝加哥大学,决心攻克理论物理学。1928年秋,周培源赴欧洲,先后跟随两位日后的诺贝尔奖获得者海森堡、泡利从事量子力学研究。
1929年9月,周培源在清华大学校长罗家伦的邀请下回国,成为清华大学物理系最年轻的教授,时年27岁,且是清华大学第一位理论物理学家。在回国与否这件事上,周培源从来没有犹豫过。
周培源一生的学术研究主要集中在爱因斯坦广义相对论引力论和湍流理论两个领域。在“九一八”事变后,为利用科学服务于抗战,他从对广义相对论的纯理论研究转向了有很大应用价值的流体力学湍流理论、空气动力学等,以待机报效祖国。
1943年,周培源再次赴美休假,回到加州理工学院任访问教授,在这里,他继续深入研究湍流理论。1947年,周培源举家告别美国优渥的环境,回到祖国,继续执教于清华大学。
在20世纪50年代,周培源又提出了小涡旋模型,发展了均匀各向同性湍流理论,并于1982年获国家自然科学奖二等奖。1988年,他又提出了用逐级迭代法代替传统的逐级逼近法,使平均运动方程和脉动方程联立求解变为现实,这一重大进展是国际湍流理论研究中的一大创举,是模式理论的新飞跃。
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