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鉴于五月份左右又要到美国去,孙元起在编写完文科学报之后,立即着手编写理科学报。

如果说孙元起在第一期文科的《私立经世大学学报》编纂中,只是起到帮闲跑龙套作用的话,那么在第二期理工类的学报出版过程里,绝对是一等一的主力。从策划、选题、约稿,到审稿、修改、定稿,再到编目、清样、排版,无不事必躬亲。

就说策划选题,除了邀请爱因斯坦为学报撰稿外,还鼓动学校各系学生就学习生活中所遇到的问题写成论文,比如物理系学生集体撰写的《略论水流速度与热力衰减之关系》,就是成蹊馆暖气架设过程中遇到的实际问题。保持各房间温度在一个稳定舒适的范围,热水的速度必须合适,否则浪费资源,还冷热不均,达不到理想的效果。同学们通过模拟实验和实际使用的情况,给出了水流速度与热力衰减之间的关系曲线,与实际测量拟合得很好。这就为以后整个校园暖气管道的铺设,奠定一个良好的理论基础。

再比如化学系的《关于自来水有害物质分析方法之刍议》、电子系的《水力发电之直流交流利弊论》,都是出于同样的目的。

相对于物理、化学、电子等三个系的集团作战,数学系就是八仙过海、各显神通了。张纯《中国古算之西式表述》、周达《关于几道微积分题目之新解法》、胡敦复《平直积分微分方程论》,都是根据自己兴趣写的,各有所长。

如果说学生们的论文还显得有些稚嫩的话,那么iprt的两篇文章,足以奠定《私立经世大学学报》在中国、乃至东亚的领先地位:一篇是爱因斯坦、米列娃共同署名的《对相对论局限性之思考》,文中深入探究引力的本质,并注意到惯性质量与引力质量之间的关系,从某种角度说,已经推开广义相对论的一扇窗户。还有一篇,就是孙元起蓄谋已久的文章:《一种回旋粒子加速器的构想》。

说到粒子加速器,普通人还有些陌生,但在实际生活中,它却是非常普及的。比如大屁股的电视机和电脑显示屏(即crt显示器)、x光设施,都是小型的粒子加速器。

粒子加速器在二十世纪以来的科学研究中,更是不可或缺:它发现了绝大部分新的超铀元素,合成了上千种新的人工放射性核素,并凭借它,系统深入地研究了原子核的基本结构及其变化规律,促使原子核物理学迅速发展成熟;高能粒子加速器的发展,又使人们发现包括重子、介子、轻子和各种共振态粒子在内的数百种粒子,建立了粒子物理学。在工学、农学、医学各领域中,加速器被用于同位素生产、肿瘤诊断与治疗、射线消毒、无损探伤、高分子辐照聚合、材料辐照改性、离子注入、离子束微量分析以及空间辐射模拟、核爆炸模拟等方面。尤其是近20多年来,加速器的应用已远远超出原子核物理和粒子物理领域,在诸如材料科学、表面物理、分子生物学、光化学等其它科技领域也得到广泛而重要的应用。

事实上,孙元起在1900年公布所谓的“炼金术”,即用天然放射性元素放射出来的α射线轰击氮原子首次实现元素的人工转变以来,物理学家就认识到,要想进一步认识原子核结构及变化规律,必须用高速粒子来轰击原子核。然而天然放射性提供的粒子能量有限,只有几兆电子伏特;天然的宇宙射线中粒子的能量虽然很高,但是粒子流极为微弱,比如能量为10的14次方电子伏特的粒子,平均每小时在一平米的面积上只降临一个,而且无法支配宇宙射线中粒子的种类、数量和能量,很难用于开展研究工作。因此为了实现有预期目标的实验研究,研制和建造粒子加速器就变得非常重要。

科学家最初的设想,是利用直线加速器加速带电粒子,粒子沿着一条近于直线的轨道运动,并被逐级加速的。可是,当需要很高的能量时,加速器的直线距离会很长。用什么办法来大幅度地减小加速器的尺寸呢?在1930年,耶鲁大学的毕业生欧内斯特·劳伦斯在直线加速器谐振加速工作原理的启发下,提出了研制回旋加速器的建议。就是在回旋加速器里增加两个半圆形磁场,使带电粒子不再沿着直线运动,而沿着近似于平面螺旋线的轨道运动,这种改造使得加速器的电场不至于太长而导致电场能损失,也可以逐级谐振加速到很高的能量,而且加速器的尺寸也大大地缩减。凭借此项发明,劳伦斯获得了第39届诺贝尔物理学奖。

孙元起在《一种回旋粒子加速器的构想》文中,就是提出这个极富设想的设计发明。

除此之外,孙元起还承担了一项艰巨的任务,就是给这本理科学报写篇卷首语。在某种意义上讲,孙元起把这篇文字看得比学报中的任何一篇论文都重要。因为它既是学报未来一段时间的办刊宗旨,也是读者对于学报的最直接印象。是宣传鼓动,大喊“科学技术是第一生产力”的口号?还是介绍眼下世界上最新的科学进展,让读者与科学界同呼吸共命运?

犹豫再三,孙元起决定写出自己最想做、一直在做、而又很难独立完成的愿望。

于是,读者在别别扭扭地打开理科版《私立经世大学学报》的时候,会看到这样的题目:《中国自然科学研究的方向——与我国有志科技救国者商榷》。在篇中,孙元起用正统读书人非常鄙薄的白话文,郑重地写道:

道光、咸丰以来,中国自然科学的全面落后,是显而易见的。随着西历进入了新世纪,这种差距不仅没有因为洋务运动的蓬勃发展而缩小、消失,而且越来越大。差距的愈拉愈大,关系的是国家兴亡、民族盛衰,读书求学者无不应该时刻铭记在心。

有位学者说过,所有伟大的理论和思想,都是猜想出来的。根据已有的理论进行推理和论证,只能得出一些现有理论框架内的结论观点而已。我国中小学堂的学生,一般都是聪明过人,而且很少受到现有理论知识的束缚,加上他们年龄比欧美诸国学生大,比较成熟,没准儿真的能想出一些伟大的东西。然而这些伟大的东西,一时半会儿不能给国家民族带来效益,除了增加荣誉,与国家兴亡、民族盛衰关系不大。所以,我们应该更注重实用性的科学研究。

当然,仅凭中国现有为数不多的自然科学研究者,想在自然科学领域全面开花、全面赶超,无疑是痴人说梦。可取的方法是,在一个或几个窄小的点上进行精深的研究,进而突破,通过以点带面,拉动自然科学研究水平的提高,实现全面发展。

本人虽然不才,但在西方游学多年,略有见闻。今日在此,不揣简陋,提出中国自然科学研究亟需关注的三个方向,与我国有志科技救国者商榷。如有可取,还望大家共同为此努力!

首先是与农业增产增收有关的科学研究。中国自古为农业大国,从事农业劳动的人口也是世界上最多的,然而四万万国民每日辛苦劳作,却仍然挣扎于食不果腹、衣不蔽体的境地。有志之士无不痛心!学以致用,故而与农业增产增收有关的科学研究,是科学家关心的第一要务。在这里提醒诸君,请不要以为种地之术,国人已有数千年经验,就轻易视之。要知道,单单是作物想获得大丰收,就要涉及到生态学、水利工程、遗传育种、水土保持与荒漠化防治、病虫害防治、农业机械、农药学、土壤学、植物营养学等诸多学科,足以使无数学者一生为之殚精竭虑。何况此外还有畜牧、养殖、捕捞、制茶、果树等门类?

二是与工业体系建立有关的科学研究。自洋务运动在大江南北展开以后,我国的工业体系已经初步得以建立,在煤矿开采、钢铁冶炼等方面取得一定成绩。但从整体来看,还显得非常薄弱,尤其在地质学、矿产勘探、采矿工程、安全技术、金属冶金、材料加工、机械制造等方面,远远落后于西方各国。一个完整而健康的工业体系,必须由坚固而丰富的科学知识予以支撑,以积极的研究探索作为导向,才能保证持续发展下去。只顾着从外国引进、移植,只能算是鹦鹉学舌,终究不能独立。

三是与军事战争有关的科学研究。农业增产增收、工业体系建立,若无足够的武力予以保障,纵然获得大成就,也不过是俎上鱼肉,任人宰割罢了。所以与军事战争有关的科学研究,历来是各国科学家研究的重点。研究先进高效的枪械、武器装备,更是重中之重。在中国工业体系还没有完全建立的时候,研究军工产品,类似缘木求鱼。不过,我们可以另辟蹊径,研究一种或数种具有战略威慑意义的超级武器。这种超级武器,具有普通武器所没有的强大杀伤力,比如,使用一次可以消灭成千上万名敌人,使之闻风丧胆,不敢来犯,达到不战而屈人之兵的目的。

经世大学,作为是一所以经世致用、强国利民为宗旨,以培养学术科研人才及其他学堂教学师资、企事业技术力量为中心的综合性大学,有志于在此三方面中,做出自己的贡献。希望广大读者,与我们互相切磋,共同进步,进而达到祖国形势、人民富强的目的。

后世很多科学技术史的研究学者认为,这篇文章的发表,标志着这位杰出的物理学大师的研究兴趣发生重大转变,从理论研究转为实用技术。自此,中国物理学的发展走向了一个新的阶段!

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