孫元起領回了孫家鼐的墨寶,自己不知道那個字兒好。便叫老佟捧著這字兒,到琉璃廠制個大一些的牌子,相信書畫店的師傅自然曉得哪個寫得好。不過孫元起囑咐老佟:最好是白漆地兒,黑色字兒,另外右側再加一行英文:InstituteofPhysicalReseardTeag。這個名兒,是盧瑟福來訪時,孫元起隨口說出的。隨後,《科學人》雜誌的記者採訪盧瑟福時,盧瑟福提到「IPRT」這個名字。前不久,孫元起翻閱盧瑟福寄來的雜誌中,看到這個名字時,還會心一笑。這回,總是把這個名字正式打出去了。
轉過一日,孫府的僕人領了一隊小孩兒過來了,大的也就十一二歲,小的才七八歲。估計來之前,孫家鼐先給他們上了課,所以見了孫元起,都恭恭敬敬地跪下磕頭:「拜見先生。」
孫元起趕忙讓孩子們起來。一旁,僕人說:「這五位公子,都是幾位老爺的孫兒輩。老爺說了,孫先生是他們的兄長,俗話說『長兄如父』,一定要嚴加督教。如果不聽,老爺會施家法的。」
孫元起遜謝不已。問了幾句才知道他們名字分別是孫多福、孫多壽、孫多男、孫多益、孫多士。看著又多了五個孩子,孫元起頭疼不已。老師只有自己一個,這可怎麼教啊?
心中思忖一番,決定把這後來的五個孩子另外編成一個「多」字班,按照以前教「景」字班的方法教就可以了,反正原先的教材還在。教師嘛,就抓韓蘧、周宗武他們,別的不說,英文、算術總是沒問題的吧?不過他們似乎沒當過老師,看來還得給他們補補心理學和教育學的課,自己這也算是現炒現賣。
課程表嘛,就是隨時有兩個學生在給不同班級的學生上課,自己身邊有兩名學生。這樣,自己先給兩人上課,另兩個人上課;等兩人回來,這四人互相傳授,順便編寫教材;如果有疑問,孫元起就在院中,隨時發問。
等韓蘧、周宗武、張純、顧之麟來了,大致跟他們說了一下。他們都很同意。在他們看來,一邊當學生、一邊當老師,應該是蠻有趣的。然後,孫元起給他們講述現代教育學與心理學,順便拿出小學堂的課本,給他們溫習。
韓蘧首先選了本自然,周宗武抽的是英文,都沒問題。顧之麟隨手一拿,卻是語文,翻開一看,先是英文字母,偶爾上面還有奇怪的小符號,看了半天,沒看懂。只好請教孫先生:「先生,這是……」
孫元起抬頭瞟了一眼,隨口答道:「漢語拼音!」
「漢語——拼音——?那是幹什麼的?」顧之麟疑惑地問。其他三人都探過頭,看了一眼,都不認識。
「你們不知道么?哦——你們不知道哈!」漢語拼音方案是新中國建國後才確立的,清末人自然是不曉得的了。孫元起便把這大致功用給他們說了一下,比如認字方便啊、檢字容易啊、以後便於啟蒙普及啊。還方便電腦輸入,這卻不能說了。
「知道了這拼音,確是方便認字讀音。而且知道怎麼讀,就可以查到怎麼寫,卻是很好。不過這檢字的字典,還沒有吧?」在一旁的張純問道。
孫元起一拍腦袋,嗨!忘了這茬兒。只好打馬虎眼:「我是想編一本的,工作倒是極簡單,可眼下實在太忙,卻沒空……」
顧之麟趕忙說道:「只要先生在一旁指點,我們動手,相信很快就能編出來!」
清朝最流行的字典,當屬康熙五十四年大學士張玉書等奉命編寫的《康熙字典》,全書共42卷,收錄了4萬多個單字。在這群學生看來,編字典是了不起的大事,但先生說「極簡單」,便躍躍欲試。孫元起看他們雀躍的樣子,當下命他們尋來一本字典。
很快,學生們便拿來一本《康熙字典》,厚厚的四十二本,看得孫元起直發虛:這是字典么?確信它不是百科全書?
大致翻了一下《康熙字典》,是先按部首檢字,每個部首中又按筆畫數檢字,使用起來也頗為方便。但對於只知道讀音、不知道字形的字,就幾乎無能為力了。
孫元起給他們定下體例:先編寫《漢語拼音方案》,畢竟現在人還不知道什麼是漢語拼音;緊接著排好音序;再把《康熙字典》中比較常用的字標好拼音,再把該字的常見意思抄到一張裁好的紙條上,然後按照音序放好;全部抄好之後,謄錄到一本上,最後編寫拼音檢字和部首檢字。
說起來簡單,做起來工作量還真不小。尤其是這四個學生,白天要聽課、上課、整理教材,晚上還要回家抄字典,忙得是昏天暗地。幸好清末的學生很懂事,不敢整出什麼幺蛾子。否則,他們真得吐血了。
孫元起也在忙,除了備課、上課、指導學生、回答海外學者來信之外,他還要寫一篇論文,和盧瑟福說好的那一篇論文。
這篇論文孫元起籌劃許久了,因為這篇論文要綜合法國物理學家林納(Lenaral)、德國物理學家勒納德(Lenard)、愛因斯坦(Einstein)、美國物理學家密立根(Millikan)、康普頓(pton)、英國物理學家威爾遜(Wilson)等人的結論,其中勒納德、愛因斯坦、康普頓、威爾遜都是諾貝爾物理學獎的得主。由此可見這篇論文的分量。想了很久,給論文定名為《光電效應:從現象到本質》。雖然很想起個「光是一種粒子」之類吸引眼球的名字,想想還是算了。
早在1887年,德國物理學家赫茲第一個觀察到用紫光照射的尖端放電特別容易發生,這實際上是光電效應導致的。由於當時還沒有電子的概念,所以對其機制不是很清楚。直到1897年,湯姆遜發現了電子,人們才注意到一定頻率的光照射在金屬表面上時,有大量電子從表面逸出,人們稱之為光電效應。1902年,法國物理學家林納發現了光電效應的四個主要特徵:(1)當光照到金屬表面時,電子幾乎同時發射出來;(2)單位時間逸出的電子數目正比於光的強度;(3)光電子的最大能量和光強無關;(4)對特定金屬表面,都分別有非常確定的截止頻率(也稱為閾頻率),入射光的頻率必須超過這個截止頻率,才能產生電子,否則,不論光強多大,都無電子逸出。
孫元起的論文就從剽竊林納的發現開始,首先用實驗表明光電效應的四個主要特徵,並測出幾種金屬的截止頻率。然後說明光電效應的實驗規律不能用已有的波動說理論加以解釋。經典物理認為,電磁波是一種橫波,其能量連續分布在波上。當它照在金屬上時,橫向電場作用到金屬表面的電子上,電子就得到能量。當電子集聚的能量達到一定程度時,電子就能脫離原子的束縛而逸出。電磁波的強度和電場強度的平方成正比,因此,給予電子的能量肯定應當取決於電場強度,所以我們應當期望出射電子的最大能量取決於光強(每秒入射到單位面積的能量),而和頻率無關。但從實驗觀察中可知,絕非如此。這是論文的第一部分。
論文第二部分起,開始發展在之前《輻射強度與光波長之間的函數關係》中提及的量子學說,提出了光的粒子說「光量子假說」,用來解決光電效應問題。認為應當把光當成是由一個個的能量包所組成的,每一個能量包的能量是E,且每一個包都以某種方式保持其本體,以致使其全部能量可以集中在一個單一電子上。光在空間的傳播像粒子那樣運動,當光射到金屬表面時,能量為E的光子被電子吸收,電子把這能量的一部分用來克服金屬表面對它的束縛,另外一部分就是電子離開金屬表面後的動能。並得出著名的光電方程。即光子能量小於金屬表面對電子的束縛時,電子不能脫出金屬表面,因而沒有光電子產生;當光子能量大於金屬表面對電子的束縛時,電子會立即脫出金屬表面,以剩餘能量作為動能運動;光子的頻率決定了光子的能量,也就決定了電子的能量;光子的強度只是決定光子的數目,光子多,產生的光電子也多。這樣,經典理論不能解釋的光電效應就被解釋了。
同時也指出,根據光量子說可以立刻解釋光電效應,但是用來解釋光的干涉和衍射現象時又會遇到困難。從而認為光具有「波粒二象性」。
緊接著,是論文的第三部分,則是包括密立根、康普頓、威爾遜所做的實驗——因為孫元起手中沒有實驗器材,只能設計實驗方案,並「預計」實驗結果。比如,仔細測量了光的頻率和逸出電子能量之間的關係,「可以」驗證了光電效應量子公式。把X射線投射到石墨上,以觀測被散射後的X射線,可以發現其中有兩種不同的頻率成分:一種與入射射線相同,另一種則會低於入射射線。使用「設想」中的雲室,可以觀測到帶電粒子的軌跡。這表明起作用的不僅是光子的能量,還有它的動量……因為現在,偉大的愛因斯坦還沒有提出狹義相對論,所以很多東西需要、曲折地隱晦地指出。這比直接指出還麻煩。
1922年,愛因斯坦因光電效應獲諾貝爾物理獎。而康普頓因發現康普頓效應、威爾遜因發現用蒸汽凝聚觀測帶電粒子軌跡的方法,分享了1927