“他就像我第二个父亲，他不只是一位优秀的科学家，我想，他真是一位伟大的天文物理学家，他现在已经90岁了，却还在思考研究的新方向，还想研究氨基酸，研究的精神实在令人敬佩。”
——著名天体物理学家 徐遐生
2002年，林家翘回到了母校清华大学。为了推进清华大学应用数学研究，林家翘在清华主持建立了“周培源应用数学研究中心”。以恩师周培源的名字命名，显现了林家翘对已逝恩师的怀念。
1980年代林家翘先生退休前在麻省理工学院为学生讲课
1980年代林家翘先生(右一)与严济慈先生(右二)在麻省理工校园合影
这距他在清华大学读书，已经整整七十年了。七十年前清华大学是林家翘走向成功的起点，七十年后当他叶落归根的时候，他又回到了这里。就像林先生自己说的，“我的一生就像一个圆，从清华开始，到外面转了一圈，最后又回到了清华，终点又回到了起点。”邀请林家翘回到清华大学的，是时任清华大学校长王大中。林家翘对触动他选择回国的那句话记忆犹新：“我记得，他当初就跟我谈，清华想要请我们这些人回来，帮助清华走向世界性的一流大学。”
回清华前，林先生是麻省理工学院的荣休学院教授，又是美国科学院院士，可以一直在那里工作，麻省理工学院也一直给林先生留着他的办公室。同时，林先生还曾受邀在佛罗里达大学工作过三年时间，在那三年里，林先生常常一半时间在佛罗里达，一半时间在波士顿。对于功成名就的林先生来说，他完全可以在美国安度晚年。在收到王大中校长和杨振宁先生的邀请之后，虽然年事已高，林先生仍下决心回清华工作。他辞去佛罗里达大学的职位，后来又卖掉那边的房子，于2001年11月回到清华正式开始筹备应用数学研究中心的工作。
中心筹备成立之初，虽然人员和办公条件都十分紧缺，但是在学校的鼎力支持和兄弟院系的大力帮助之下，工作进展很顺利。对于应用数学研究中心的名称，学校曾提议为“林家翘应用数学研究中心”，但林先生希望用恩师周培源先生的名字命名。周培源是林家翘在清华念书时的物理老师，当时中国正处在被日本侵略的时期，所以周老建议林先生走科学救国的道路，学造飞机、大炮的技术，这样中国人就不会受人欺凌。林先生深受周先生的影响，这也为林先生日后考取庚子赔款留学，后辗转到多伦多大学钻研应用数学，又到加州理工学院跟随冯·卡门学习空气动力学奠定了基础。与此同时，林先生也征求了周培源先生的女儿周如苹女士的意见，周女士表示非常支持。
林先生创建“周培源应用数学研究中心”，还得到了一位知己的关心，他就是钱学森。钱学森于上世纪50年代回国之后，领导中国导弹研究事业不断走向前进，成为我国两弹一星的元勋。林先生回到清华大学时，钱老年事已高，行动不便，最后几年一直都住在医院。2005年初，林先生和林太太曾去医院看望钱老。时光荏苒如白驹过隙，经历了60多年的风风雨雨之后，这两位昔日师大附中的校友、加州理工学院冯·卡门的高足、哥廷根学派重要的中国科学大师、一生相互关注的亲密朋友不禁都无限感慨，岁月催人老，少年安在哉。“春荣谁不慕，岁寒良独希;投分寄石友，白首同所归”，这两位世纪老人之间的情谊是多么弥足珍贵啊。
在应用数学研究中心主任人选方面，林先生力邀谢定裕先生出任中心主任。谢先生与林先生是多年的好友，曾是布朗大学的教授，之后接受香港科技大学的邀请出任数学系主任。谢先生在收到邀请后，欣然同意回国。
林家翘先生和谢定裕先生在清华大学
2002年8月，清华大学“周培源应用数学研究中心”正式成立。在中心成立典礼上，来自世界各地的著名学者作了精彩的学术报告，其中包括被誉为“生物力学之父”的冯元桢教授。冯教授是生物力学开创者及奠基人，也是美国国家科学院院士、美国国家工程院院士、美国国家医学院院士、中国科学院外籍院士，并于2000年获美国科学最高荣誉“美国国家科学奖章”。
中心成立伊始，虽然条件艰苦，但大家都热情高涨，信心百倍地努力工作。林先生在理学院西配楼有一间办公室，里间是他日常工作的地方，外面是他原来的秘书靳力女士的办公桌。在中心每周讨论会上，林先生跟年轻老师和学生们畅谈蛋白质结构理论研究。这是一个新奇而又充满诱惑力的研究领域，但是对数学和力学背景的年轻人来说，生物学简直就是一座笼罩在浓雾之中的大山。然而林先生提出的蛋白质折叠随机过程和统计热力学方法，让大家眼前一亮，仿佛透过迷雾看到了一条蜿蜒崎岖的小径，通向遥远的山顶。
林家翘先生和周培源应用数学研究中心师生讨论问题
林家翘先生亲自指导中心的年轻老师和博士生进行科研工作，每个星期二和星期四上午，年近九旬的林先生都会到中心办公室和大家讨论研究课题和进展情况。从选择相关书籍、文献到共同解决疑难问题，林先生全身心地投入到了蛋白质结构及其动力学的理论研究之中。在他的带动下，中心的科研人员也很快进入状态，持续开展了蛋白质折叠等方面的理论和计算工作，一批年轻人正在发愤图强，朝着林先生开辟的新的研究方向不断努力。
林先生曾被问及：为什么要选择蛋白质折叠问题作为他一生中第三个重要学术方向?此前，众所周知，林先生在上世纪50年代就已经是流体湍流理论大师，他对科学研究具有独到的眼界，在流体力学领域取得世界公认的成就之后，上世纪60年代，他又带领学生徐遐生开创了盘状星系旋臂理论，震动了国际天体物理学界。徐遐生此后也成为蜚声国际的天体物理学大师，并出任新竹清华大学校长。林先生回到清华大学后，致力于推动应用数学在蛋白质结构折叠问题中的发展，开始了他学术生涯中的又一次重要转折。对此问题，林先生回答得相当简洁，原来他在麻省理工学院的时候，曾跟不同领域的学者讨论未来的研究发展方向。在经过深思熟虑之后，林先生认为蛋白质折叠问题是应用数学在生物领域最具潜力的突破口。
在与林先生进一步深入讨论后，人们了解到更深一层的科学原因。其实，林先生已经洞悉了蛋白质结构折叠问题背后自然规律的端倪。他认为蛋白质具有不同尺度的结构，能量在不同尺度之间传递分布的规律与湍流涡旋的“能量级串”有异曲同工之妙，更为重要的是，蛋白质折叠和湍流现象都是随机过程。自然界不同现象背后往往受相同规律支配，发现这个统一的规律，是科学家梦寐以求的目标。从湍流理论到星系旋臂理论，林先生已经成功实现了一次不同领域间相同数学规律的探寻，而经历了近70年的科学探索，凭借深厚的学术功底和卓越的科学眼光，他又一次信心十足地选定了最具科学前景的方向。
据林家翘先生的爱徒、周培源应用数学研究中心副研究员洪柳回忆：先生于耄耋之年，毅然再次激扬于科学潮头。林先生先后阅读了C. Branden和J. Tooze的Introduction toProtein Structure和R. H. Pain的Mechanisms of Protein Folding等相关前沿科学论著。书中每一章节先生都做了非常详细的注记，还常常挑出其中若干段落与我们探讨。几年下来，先生阅读过的每一本书中都贴满了大大小小、层层叠叠的便签。这也成就了先生引以为豪的一个绝活——每次讨论时，可以不用翻书就能准确指出某一结论是出自哪一本书哪一章节哪一段落。
2004年林家翘先生在清华园给学生讲蛋白质课程
林先生常常会参加中心学生的学术报告会，长年坚持不懈，即使是他后来行动不便时，依然经常坐着轮椅来中心小会议室参加报告会。跟林先生一起听报告会最大的好处就是不用担心听不懂报告内容。一般人的经验是，学术水平越高的报告越听不懂，甚至有部分报告人以内容艰深晦涩为水平高的象征。但是跟林先生听报告却让听众了解到了什么是真正学术大师的交流风格，那就是人们常说的“深入浅出”，甚至是入门级学者都可以毫不费力地听懂。
而要想让自己的报告达到林先生的要求，重点则在于被徐遐生先生称为“必须对自己诚实，不能欺骗自己”的精神。学生们往往会担心报告内容被认为太简单，因此引用许多连自己也不清楚的概念和理论，试图以此提高报告的水平。然而，如果报告过程中存在疑点和疏漏，林先生就会马上说：“那里不太清楚，你可不可以再解释一下?”在林先生看来，报告的逻辑和条理是十分重要的，过于注重细节就会陷于混乱不清的困局。
清华大学众多的优秀学生为中心科研发展提供了丰厚的沃土，同时，中心还不断邀请海内外知名学者讲学、访问。麻省理工学院的著名统计物理学家黄克孙教授应邀多次到访中心，中心师生与黄教授紧密合作，在蛋白质折叠的统计力学原理方面不断取得进展，黄教授在中心讲授关于蛋白质结构的学术研究进展，他的讲稿已经出版，并成为经典教材。
2006年春，清华园里阳光明媚，鸟语花香。时逢林家翘先生90岁华诞，清华大学举办了旨在“弘扬科学精神，促进国际交流”的“第二届应用数学前沿问题国际研讨会暨林家翘教授90华诞庆祝会”。来自美国、意大利、日本、港台地区及大陆等地的著名科学家和友好人士参加研讨会并共庆林家翘先生90岁生日，国务委员陈至立也出席研讨会并致辞。应用数学家南茜·科比尔(Nancy Kopell)、大卫·本尼(David Benney)，统计物理学家黄克孙、天体物理学家袁旂等15位国际著名学者就神经科学、天体物理学和非线性波动学及蛋白质结构研究等领域的最新成果及未来发展趋势做了学术报告。通过阅读林先生早年发表的论文和专著，人们进一步了解了林先生的学术思想和成就。他论文中严谨的数学推导和缜密的理论分析使一个个复杂的自然难题迎刃而解，仿佛是庄子笔下的“庖丁”，在面对纷繁复杂的问题时，他总能深入了解事物客观规律，运用数学的功力纯熟神妙，得心应手。就像林先生的老师冯·卡门所说：“林家翘对科学研究的热爱、对科学问题的深刻分析、对数学方法和手段的广博学识以及对物理和工程问题敏锐感知力的非凡结合，令我印象深刻。”
同年九月，时任台湾新竹清华大学校长、著名天文学家徐遐生来到清华大学。徐遐生除了为林先生祝贺生日之外，还为林家翘先生授予了新竹清华大学名誉博士学位。徐遐生是林家翘早年的学生，他们共同提出了著名的星系结构密度波理论，而这次“学生给老师授予学位”的逸事，也被传为美谈。林家翘先生治学严谨、为人谦虚，他的学生无一不把他作为楷模。徐遐生的一番话，也流露出师生之间深厚的情谊
①：
徐遐生授予林家翘先生新竹清华大学名誉博士学位
“他就像我第二个父亲，他不只是一位优秀的科学家，我想，他真是一位伟大的天文物理学家，他现在已经90岁了，却还在思考研究的新方向，还想研究氨基酸，研究的精神实在令人敬佩。”
2007年，周培源应用数学研究中心乔迁新居，从美丽幽静的荷塘边的“荷二”楼来到了具有近百年历史的“科学馆”。这座庄重古朴的建筑物结合了中西风格，承载了百年清华的荣辱兴盛，也注定要见证清华新百年的辉煌和发展。
①吴俊辉、许碧纯、张孟媛:《专访新竹清华大学校长徐遐生》。
