重生之大科学家

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九、抱琴于野有知音(1/3)

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公元1898年12月31日,农历光绪二十四年十一月十九日,京师大学堂开学。第一批原计划招生500人,因为戊戌变法失败,许多人都噤若寒蝉,所以招生工作进行得并不顺利,据之后一两年的文献记载,实际上仕学院学生27人,中学生151人,小学生17人,又附课学生43人,合仕学、中学、小学、附课生只有230余人。比崇实中学的学生多不了多少。但它却是中国近现代第一所国立大学,是当代北京大学、北京师范大学等著名学府的前身。

在开学那一天,孙元起作为学校第一批教习,有幸随着中文总教习许景澄、西文总教习丁韪良等参加典礼。之后,大学堂并没有立即开课,毕竟各省选送的学生还没有到齐,相关的准备工作还在缓慢的进行。不过这些都不是孙元起所关心的。孙元起给了老佟几十两银子,嘱咐他准备好送给卢瑟福、tas的礼物。剩余的钱,每日里买点食物送来。这段时间,孙元起一直躲在屋里写稿子。

那天,卢瑟福的建议确实打动了他,回来权衡良久,决定先写一本简单的小册子,交由卢瑟福带至加拿大,看看能不能有结果。因为卢瑟福打算1月6日动身赴ill,以便赶上麦吉尔下学期的开学。所以,孙元起的时间就有些紧,只好每日呆在屋里写文稿。

小册子的名字已经拟好,就叫《从原子、原子结构到元素、元素周期表、分子及化学反应本质》。虽然名字都是与化学有关,其实核心还是原子物理学。事实上,在十九世纪末、二十世纪初,物理和化学并没有太分开,比如作为物理学大牛的卢瑟福,在1908年因对放射化学的研究荣获诺贝尔化学奖。再比如提出电离学说的瑞典天才阿伦尼乌斯,该获物理学奖还是化学奖,也曾让诺贝尔奖评委们产生分歧。在1901年首届诺贝尔奖评选时,他被提名物理学奖,但最终落选。1902年,声名鹊起的他又被提名化学奖,但仍然落选。可作为物理化学的创始人,阿伦尼乌斯的电离学说,在物理和化学两个学科里都具有很重要的作用。无奈之下,化学委员会提出给他“一半物理奖、一半化学奖”,甚至又提出“他获奖问题延期至第二年”。最后,委员会还是把1903年的诺贝尔化学奖给了他。

1869年,俄国科学家门捷列夫(dendeleev)发现了元素周期律和元素周期表,他将当时已知的63种元素依原子量大小并以表的形式排列,把有相似化学性质的元素放在同一行,就是元素周期表的雏形。门捷列夫在排列元素周期表的过程中,又大胆指出,当时一些公认的原子量不准确。如那时金的原子量公认为169.2,按此在元素表中,金应排在锇、铱、铂的前面,因为它们被公认的原子量分别为198.6、196.7、196.7,而门捷列夫坚定地认为金应排列在这三种元素的后面,原子量都应重新测定。大家重测的结果,锇为190.9、铱为193.1、铂为195.2,而金是197.2.实践证实了门捷列夫的论断,也证明了周期律的正确性。

在门捷列夫编制的周期表中,还留有很多空格,这些空格应由尚未发现的元素来填满。门捷列夫从理论上计算出这些尚未发现的元素的最重要性质,断定它们介于邻近元素的性质之间。例如,在锌与砷之间的两个空格中,他预言这两个未知元素的性质分别为类铝和类硅。就在他预言后的四年,法国化学家布阿勃朗用光谱分析法,从门锌矿中发现了镓。实验证明,镓的性质非常象铝,也就是门捷列夫预言的类铝。镓的发现,具有重大的意义,它充分说明元素周期律是自然界的一条客观规律;为以后元素的研究,新元素的探索,新物资、新材料的寻找,提供了一个可遵循的规律。

门捷列夫排列元素周期表是按照原子量大小来排列,并把相似化学性质的元素放在同一列。这些都是从元素的物理属性(质量)和化学属性(化学性质)来排布,并没有揭露元素之间最本质的差异。孙元起的论文就从这个角度着手。

论文从孙元起前两篇论文的结论写起,认为原子有原子核和核外电子层组成,因为电子带负电,所以原子核里应该有带正电的其他粒子,它们非常小,却拥有几乎整个原子的质量;它们结构非常稳定,拥有的正电荷数和质量几乎不变;原子核所带正电荷数,决定了该种原子属于何种元素,而原子核所带正电荷数也与原子核的质量——即原子量——存在正关联。

因为孙元起身边并没有实验器材,只好“设计”了1913年英国物理学家莫塞莱的实验:利用阴极射线撞击金属产生x射线。认为实验结果“应该”是金属的原子序数越大,x射线的频率就越高。因此可以从一个方面证明原子核的正电荷决定了元素的化学性质,原子序数在数量上等于原子核所带的正电荷,进而明确作为周期律的基础不是原子量,而是原子序数。

这是论文的第一部分,主要讨论原子核与元素之间的关系。

而论文的第二部分,孙元起则开始讨论原子核外层的电子及其与元素化合物之间的关系。这些主要“剽窃”自物理学界另一位大牛尼尔斯玻尔(nielshenrikdavidbohr)的研究成果。

玻尔(1885—1962)是丹麦著名物理学家,家境良好。1903年进入哥本哈根大数学与自然科学系读书。1906年,还是大学生的玻尔就因对水的表面张力的出色研究工作,荣获丹麦皇家科学院金

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