九、抱琴於野有知音
公元1898年12月31日，農曆光緒二十四年十一月十九日，京師大學堂開學。第一批原計劃招生500人，因爲戊戌變法失敗，許多人都噤若寒蟬，所以招生工作進行得並不順利，據之後一兩年的文獻記載，實際上仕學院學生27人，中學生151人，小學生17人，又附課學生43人，合仕學、中學、小學、附課生只有230餘人。比崇實中學的學生多不了多少。但它卻是中國近現代第一所國立大學，是當代北京大學、北京師範大學等著名學府的前身。
在開學那一天，孫元起作爲學校第一批教習，有幸隨着中文總教習許景澄、西文總教習丁韙良等參加典禮。之後，大學堂並沒有立即開課，畢竟各省選送的學生還沒有到齊，相關的準備工作還在緩慢的進行。不過這些都不是孫元起所關心的。孫元起給了老佟幾十兩銀子，囑咐他準備好送給盧瑟福、Thomas的禮物。剩餘的錢，每日裡買點食物送來。這段時間，孫元起一直躲在屋裡寫稿子。
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那天，盧瑟福的建議確實打動了他，回來權衡良久，決定先寫一本簡單的小冊子，交由盧瑟福帶至加拿大，看看能不能有結果。因爲盧瑟福打算1月6日動身赴McGill，以便趕上麥吉爾下學期的開學。所以，孫元起的時間就有些緊，只好每日呆在屋裡寫文稿。
小冊子的名字已經擬好，就叫《從原子、原子結構到元素、元素週期表、分子及化學反應本質》。雖然名字都是與化學有關，其實核心還是原子物理學。事實上，在十九世紀末、二十世紀初，物理和化學並沒有太分開，比如作爲物理學大牛的盧瑟福，在1908年因對放射化學的研究榮獲諾貝爾化學獎。再比如提出電離學說的瑞典天才阿倫尼烏斯，該獲物理學獎還是化學獎，也曾讓諾貝爾獎評委們產生分歧。在1901年首屆諾貝爾獎評選時，他被提名物理學獎，但最終落選。1902年，聲名鵲起的他又被提名化學獎，但仍然落選。可作爲物理化學的創始人，阿倫尼烏斯的電離學說，在物理和化學兩個學科裡都具有很重要的作用。無奈之下，化學委員會提出給他“一半物理獎、一半化學獎”，甚至又提出“他獲獎問題延期至第二年”。最後，委員會還是把1903年的諾貝爾化學獎給了他。
1869年，俄國科學家門捷列夫（DmitriMendeleev）發現了元素週期律和元素週期表，他將當時已知的63種元素依原子量大小並以表的形式排列，把有相似化學性質的元素放在同一行，就是元素週期表的雛形。門捷列夫在排列元素週期表的過程中，又大膽指出，當時一些公認的原子量不準確。如那時金的原子量公認爲169.2，按此在元素表中，金應排在鋨、銥、鉑的前面，因爲它們被公認的原子量分別爲198.6、196.7、196.7，而門捷列夫堅定地認爲金應排列在這三種元素的後面，原子量都應重新測定。大家重測的結果，鋨爲190.9、銥爲193.1、鉑爲195.2，而金是197.2。實踐證實了門捷列夫的論斷，也證明了週期律的正確性。
在門捷列夫編制的週期表中，還留有很多空格，這些空格應由尚未發現的元素來填滿。門捷列夫從理論上計算出這些尚未發現的元素的最重要性質，斷定它們介於鄰近元素的性質之間。例如，在鋅與砷之間的兩個空格中，他預言這兩個未知元素的性質分別爲類鋁和類硅。就在他預言後的四年，法國化學家布阿勃朗用光譜分析法，從門鋅礦中發現了鎵。實驗證明，鎵的性質非常象鋁，也就是門捷列夫預言的類鋁。鎵的發現，具有重大的意義，它充分說明元素週期律是自然界的一條客觀規律；爲以後元素的研究，新元素的探索，新物資、新材料的尋找，提供了一個可遵循的規律。
門捷列夫排列元素週期表是按照原子量大小來排列，並把相似化學性質的元素放在同一列。這些都是從元素的物理屬性（質量）和化學屬性（化學性質）來排布，並沒有揭露元素之間最本質的差異。孫元起的論文就從這個角度着手。
論文從孫元起前兩篇論文的結論寫起，認爲原子有原子核和核外電子層組成，因爲電子帶負電，所以原子核裡應該有帶正電的其他粒子，它們非常小，卻擁有幾乎整個原子的質量；它們結構非常穩定，擁有的正電荷數和質量幾乎不變；原子核所帶正電荷數，決定了該種原子屬於何種元素，而原子核所帶正電荷數也與原子核的質量——即原子量——存在正關聯。
因爲孫元起身邊並沒有實驗器材，只好“設計”了1913年英國物理學家莫塞萊的實驗：利用陰極射線撞擊金屬產生X射線。認爲實驗結果“應該”是金屬的原子序數越大，X射線的頻率就越高。因此可以從一個方面證明原子核的正電荷決定了元素的化學性質，原子序數在數量上等於原子核所帶的正電荷，進而明確作爲週期律的基礎不是原子量，而是原子序數。
這是論文的第一部分，主要討論原子核與元素之間的關係。
而論文的第二部分，孫元起則開始討論原子核外層的電子及其與元素化合物之間的關係。這些主要“剽竊”自物理學界另一位大牛尼爾斯·玻爾（NielsHenrikDavidBohr）的研究成果。
玻爾（1885—1962）是丹麥著名物理學家，家境良好。1903年進入哥本哈根大數學與自然科學系讀書。1906年，還是大學生的玻爾就因對水的表面張力的出色研究工作，榮獲丹麥皇家科學院金質獎章。其後，於1909年和1911年以金屬電子論方面的論文，分別獲得哥本哈根大學的科學碩士和哲學博士學位。1911年赴英國劍橋大學，在J·J·湯姆遜的指導下，跟盧瑟福搞科研。1913年，寫出了《原子構造和分子構造》（1）（2）（3）三篇論文，提出了定態躍遷的原子模型，即著名的玻爾原子理論。1922年，因對原子結構及原子輻射的研究而獲得諾貝爾物理學獎。當然，玻爾關於電子的“躍遷假設”論述，孫元起並不準備在這個小冊子中講明——因爲現在普朗克還沒有提出能量子假說，或許這是下一篇論文“剽竊”的對象——他只准備說一些粗淺的，就像二十一世紀中學物理、化學課本中所敘述的那樣，只有這樣，才能吸引全世界科學家和科學愛好者的注意力。
在這一部分中，主要是論述電子層的“定態假設”：原子核外層電子數應該和原子核正電荷數相符合，但是他們如何排列呢？“根據”門捷列夫的元素週期表，可以“設想”第一層穩態爲2個電子，第二層爲8個，第三層也是8個，第四、第五層則是18個……原子爲了達到穩態，會失去或捕獲電子。失去或捕獲電子能力的大小，決定元素的化學屬性。所謂分子，就是數種元素的原子按照一定方式排布，達到穩態所形成的化合物。而化學反應的本質，也可據此原理來推衍，就是不同的離子組成更穩定的化合物。其後，又並就化學反應方程式、元素化合價等進行討論和總結。
阿倫尼烏斯在1883年開始創立電離學說，解釋溶液中的元素是如何被電解分離的現象。並在1884年以《電解質的導電性研究》論文申請博士，但他宣讀完論文後，教授們“個個怒不可遏”，難以容忍這種“荒謬絕倫”甚至“純粹是空想”的理論。在同克萊夫“激烈辯論”後，他的論文被評爲3級，需要再次答辯。後來，他的電離學說才漸漸被學界所接受，但其只解釋了這個現象，並不知道爲什麼會這樣。在孫元起的論文中，給出了最根本的解釋。
論文內容在現代人看來，是非常淺顯的，因爲這些已經被寫入中學課本，被認爲是理所當然的。但對於十九世紀末的科學界，卻不亞於是晴天霹靂，絕對有振聾發聵的效果。
孫元起在寫的時候，主要精力是放在如何表述得明白卻又有理有據，又如何用英文表述。寫完之後，自我感覺是：它不像是科學論文，也不像科幻小說，更像是偵探筆錄。即便如此，孫元起已經感覺非常滿意了。
就在這時候，盧瑟福已經打點好行李，準備搭乘客輪，穿越太平洋，先到三藩市，然後跨過美國，進入加拿大。孫元起從老佟那裡取了禮物，打開一看，卻是瓷器、刺繡、紅茶之類，也不知道這樣的禮物合不合適。旁邊的老佟則滿臉得意：
“雖然這是咱第一次給洋鬼子買禮物，我可特意去問了丁韙良丁大人，這些都是他推薦的，一準兒行！瞧着瓷器沒？正宗的景德鎮官窯，個頂個的精美，絕對不掉咱大清的份兒！洋鬼子拿了，沒準兒當做傳家寶呢！再瞧瞧這紅茶，上品祁紅！……”
孫元起只好讚揚了老佟幾句，誇他對大清的“土特產”瞭如指掌。
1月5日早上，洗漱完畢之後拿上禮物和寫好的小冊子，直奔東交民巷的美國公使館。兩份禮物還是很大分量的，所以僱了輛大車。這段日子隔三差五的過來，使館作爲的兩國兵丁都混了個面熟，沒有爲難，就進去了。康格一家和盧瑟福都在，只是Thomas明日就要隨着盧瑟福一起到美國，然後回劍橋，康格一家頗爲黯然。
瓷器怕碎，孫元起囑咐車伕把禮物小心的搬下來。外國人向來有先看禮物的習俗，康格先生和盧瑟福也不例外，在邊上觀賞禮物，不停地說“Wonderful”“Great”，至於有幾分是真心的，那就不知道了。
等禮物搬完了，到客廳裡一起喝咖啡。這時候，孫元起拿出那本新鮮出爐的小冊子，遞給盧瑟福：“您的建議，使我有動力寫出它來，希望您能給出一些建議和批評。”
盧瑟福接過來，先看封面，題目很長。Thomas也側過頭來看，輕輕的念道：“從原子、原子結構到元素、元素週期表、分子及化學反應本質。”
盧瑟福笑着說：“從名字上看，它就是一本深奧而有趣的書，不是麼？”
孫元起聳聳肩：“給人感覺，多少類似於《一千零一夜》什麼的吧。”
其實孫元起自己也沒有想好到底給小冊子起個什麼名字，只是內容如此，便有了這書名。西方科學界的論文，往往題目從很小角度入手，比如愛因斯坦在1905年發表的劃時代論文，第一篇叫做《關於光的產生和轉化的一個啓發性觀點》。
小冊子中有一百四十頁，其中還有大量的論證和圖示。在孫元起看來很明白的地方，盧瑟福往往會停下來思考很久。Thomas也在看，偶爾會提出問題兩人一起討論。一個小時過去了，他們還沒有看完第一部分。孫元起見他們很專注，也就不再打擾，禮貌地和他們告辭：“我明天早上過來送你們。如果有疑問的話，不妨那時候討論。”
第二天，孫元起趕往美國公使館的時候，康格一家和盧瑟福已經行李綁在車上，盧瑟福見到孫元起，便伸開雙臂，大聲地說：“York，Congratulations！”
大清早的，祝賀我什麼？孫元起一頭霧水。再一想，那肯定是小冊子的事情了。無論如何，不能失禮，答了一句：“Thankyou！”
擁抱之後，盧瑟福介紹說，昨天他和Thomas一起閱讀了論文，至少覺得第一部分關於元素週期律的論述是“令人着迷的”。如果實驗證明是正確的話，它將改變現在的物理、化學等自然科學的體系。因爲它不僅賦予元素週期律以新的說明，並且進一步闡明瞭週期律的本質，把週期律這一自然法則放在更嚴格更科學的基礎上，是“具有劃時代意義的”。
這時候已經是數九天氣，外面天寒地凍的。孫元起裹着棉袍，趿拉着棉鞋，帶着瓜皮帽，站在寒風裡和盧瑟福、Thomas討論物理，這個時候才能回憶起自己原來是個物理學的研究生。偶爾看看四周巡邏的鬼佬，遠處低矮破敗的房屋，再說起十九世紀末最先進的物理，有種變身卡夫卡作品中那隻大甲蟲的感覺。
來自西伯利亞的寒風，凍得盧瑟福和Thomas都直跺腳。說了一會兒，看時間也差不多了，連忙把孫元起拉到馬車上，放下門簾，直奔火車站。
清末的時候，北京火車站就在前門，和後世的北京站離得不是很遠。從東交民巷到前門，不過半個時辰的時間。這段時間裡，三個人一直討論原子結構與元素之間的關係。這個問題，在二十一世紀是衆所周知的。可眼下，少不得要用各種方法來解釋。
本來，孫元起打算把盧瑟福送上火車就可以了。這在二十一世紀，算是完全合乎規範的禮儀。等到了車站，自有傭人看着力夫將行李搬到火車上。然後就見康格一家和盧瑟福都往車上走，然後坐定。孫元起不知道怎麼回事，只好跟着往上走。這是，卻有站務人員把他攔下來。
孫元起心想：哦，看來大清國送人，也要買站臺票。
站務卻說：“這是洋人專用的車廂，等閒人等不得入內。”
在新世紀，見慣了“憑證入內，外來人員請登記”那一套，也見識過門口站一圈保安或者武警，不讓人進出的場所。眼下，孫元起並沒有太生氣，打量一下這個站務，是個中國人，年齡不大，估計不到三十歲，黃白麪皮，袖着雙手，臉上多少有些冷淡。便問道：“這是誰規定的？”
“這你管不着！”站務一臉愛理不理的樣子。
這時候，盧瑟福見孫元起沒有跟上，回過頭，卻看到他與一個站務在說話，站務一臉的不耐煩。雖然不懂中文，也大致猜到個七八九。當下，伸手拉過孫元起就往裡走。
站務一看洋人把孫元起拉進去，忙伸出手，似乎要拉住孫元起，又或者阻止洋人來拉，張大嘴巴“欸——欸……”。但終究沒有說話，伸出的手也垂了下去。
孫元起心想：這是洋人看不起我們，還是我們看不起自己呢？但孫元起終究不願意在外國人面前說中國人的不是，只好編了個理由說：“我還沒有買票呢……”
“買票？”盧瑟福疑惑地問，“康格知道你要來送我們，早就買好了大家的票。”
“已經買好了？”
“是啊，你送我們嘛，一起到天……天津的。”盧瑟福道。
“去天津……”孫元起無語了，摸摸懷裡幾十個大錢，心想，只好等下再去麻煩康格先生了。
盧瑟福沒有發現孫元起的異常，繼續說道：“剛纔我們說到哪兒啦？哈——對了，說到原子核應該由數種粒子組成，其中一種帶正電荷，一種是中性的，但質量非常大，幾乎佔原子重量的絕大多數。這些在你的論文中沒有寫到，爲什麼沒寫呢？你剛剛想到的麼？那它是一種推理，還是一種假設，或者說是猜想？”
“……”