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、Thomas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McGill，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（DmitriMendeleev）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质奖章。其后，于1909年和1911年以金属电子论方面的论文，分别获得哥本哈根大学的科学硕士和哲学博士学位。1911年赴英国剑桥大学，在J·J·汤姆逊的指导下，跟卢瑟福搞科研。1913年，写出了《原子构造和分子构造》（1）（2）（3）三篇论文，提出了定态跃迁的原子模型，即著名的玻尔原子理论。1922年，因对原子结构及原子辐射的研究而获得诺贝尔物理学奖。当然，玻尔关于电子的“跃迁假设”论述，孙元起并不准备在这个小册子中讲明——因为现在普朗克还没有提出能量子假说，或许这是下一篇论文“剽窃”的对象——他只准备说一些粗浅的，就像二十一世纪中学物理、化学课本中所叙述的那样，只有这样，才能吸引全世界科学家和科学爱好者的注意力。
在这一部分中，主要是论述电子层的“定态假设”：原子核外层电子数应该和原子核正电荷数相符合，但是他们如何排列呢？“根据”门捷列夫的元素周期表，可以“设想”第一层稳态为2个电子，第二层为8个，第三层也是8个，第四、第五层则是18个……原子为了达到稳态，会失去或捕获电子。失去或捕获电子能力的大小，决定元素的化学属性。所谓分子，就是数种元素的原子按照一定方式排布，达到稳态所形成的化合物。而化学反应的本质，也可据此原理来推衍，就是不同的离子组成更稳定的化合物。其后，又并就化学反应方程式、元素化合价等进行讨论和总结。
阿伦尼乌斯在1883年开始创立电离学说，解释溶液中的元素是如何被电解分离的现象。并在1884年以《电解质的导电性研究》论文申请博士，但他宣读完论文后，教授们“个个怒不可遏”，难以容忍这种“荒谬绝伦”甚至“纯粹是空想”的理论。在同克莱夫“激烈辩论”后，他的论文被评为3级，需要再次答辩。后来，他的电离学说才渐渐被学界所接受，但其只解释了这个现象，并不知道为什么会这样。在孙元起的论文中，给出了最根本的解释。
论文内容在现代人看来，是非常浅显的，因为这些已经被写入中学课本，被认为是理所当然的。但对于十九世纪末的科学界，却不亚于是晴天霹雳，绝对有振聋发聩的效果。
孙元起在写的时候，主要精力是放在如何表述得明白却又有理有据，又如何用英文表述。写完之后，自我感觉是：它不像是科学论文，也不像科幻小说，更像是侦探笔录。即便如此，孙元起已经感觉非常满意了。
就在这时候，卢瑟福已经打点好行李，准备搭乘客轮，穿越太平洋，先到三藩市，然后跨过美国，进入加拿大。孙元起从老佟那里取了礼物，打开一看，却是瓷器、刺绣、红茶之类，也不知道这样的礼物合不合适。旁边的老佟则满脸得意：
“虽然这是咱第一次给洋鬼子买礼物，我可特意去问了丁韪良丁大人，这些都是他推荐的，一准儿行！瞧着瓷器没？正宗的景德镇官窑，个顶个的精美，绝对不掉咱大清的份儿！洋鬼子拿了，没准儿当做传家宝呢！再瞧瞧这红茶，上品祁红！……”
孙元起只好赞扬了老佟几句，夸他对大清的“土特产”了如指掌。
1月5日早上，洗漱完毕之后拿上礼物和写好的小册子，直奔东交民巷的美国公使馆。两份礼物还是很大分量的，所以雇了辆大车。这段日子隔三差五的过来，使馆作为的两国兵丁都混了个面熟，没有为难，就进去了。康格一家和卢瑟福都在，只是Thomas明日就要随着卢瑟福一起到美国，然后回剑桥，康格一家颇为黯然。
瓷器怕碎，孙元起嘱咐车夫把礼物小心的搬下来。外国人向来有先看礼物的习俗，康格先生和卢瑟福也不例外，在边上观赏礼物，不停地说“Wonderful”“Great”，至于有几分是真心的，那就不知道了。
等礼物搬完了，到客厅里一起喝咖啡。这时候，孙元起拿出那本新鲜出炉的小册子，递给卢瑟福：“您的建议，使我有动力写出它来，希望您能给出一些建议和批评。”
卢瑟福接过来，先看封面，题目很长。Thomas也侧过头来看，轻轻的念道：“从原子、原子结构到元素、元素周期表、分子及化学反应本质。”
卢瑟福笑着说：“从名字上看，它就是一本深奥而有趣的书，不是么？”
孙元起耸耸肩：“给人感觉，多少类似于《一千零一夜》什么的吧。”
其实孙元起自己也没有想好到底给小册子起个什么名字，只是内容如此，便有了这书名。西方科学界的论文，往往题目从很小角度入手，比如爱因斯坦在1905年发表的划时代论文，第一篇叫做《关于光的产生和转化的一个启发性观点》。
小册子中有一百四十页，其中还有大量的论证和图示。在孙元起看来很明白的地方，卢瑟福往往会停下来思考很久。Thomas也在看，偶尔会提出问题两人一起讨论。一个小时过去了，他们还没有看完第一部分。孙元起见他们很专注，也就不再打扰，礼貌地和他们告辞：“我明天早上过来送你们。如果有疑问的话，不妨那时候讨论。”
第二天，孙元起赶往美国公使馆的时候，康格一家和卢瑟福已经行李绑在车上，卢瑟福见到孙元起，便伸开双臂，大声地说：“York，Congratulations！”
大清早的，祝贺我什么？孙元起一头雾水。再一想，那肯定是小册子的事情了。无论如何，不能失礼，答了一句：“Thankyou！”
拥抱之后，卢瑟福介绍说，昨天他和Thomas一起阅读了论文，至少觉得第一部分关于元素周期律的论述是“令人着迷的”。如果实验证明是正确的话，它将改变现在的物理、化学等自然科学的体系。因为它不仅赋予元素周期律以新的说明，并且进一步阐明了周期律的本质，把周期律这一自然法则放在更严格更科学的基础上，是“具有划时代意义的”。
这时候已经是数九天气，外面天寒地冻的。孙元起裹着棉袍，趿拉着棉鞋，带着瓜皮帽，站在寒风里和卢瑟福、Thomas讨论物理，这个时候才能回忆起自己原来是个物理学的研究生。偶尔看看四周巡逻的鬼佬，远处低矮破败的房屋，再说起十九世纪末最先进的物理，有种变身卡夫卡作品中那只大甲虫的感觉。
来自西伯利亚的寒风，冻得卢瑟福和Thomas都直跺脚。说了一会儿，看时间也差不多了，连忙把孙元起拉到马车上，放下门帘，直奔火车站。
清末的时候，北京火车站就在前门，和后世的北京站离得不是很远。从东交民巷到前门，不过半个时辰的时间。这段时间里，三个人一直讨论原子结构与元素之间的关系。这个问题，在二十一世纪是众所周知的。可眼下，少不得要用各种方法来解释。
本来，孙元起打算把卢瑟福送上火车就可以了。这在二十一世纪，算是完全合乎规范的礼仪。等到了车站，自有佣人看着力夫将行李搬到火车上。然后就见康格一家和卢瑟福都往车上走，然后坐定。孙元起不知道怎么回事，只好跟着往上走。这是，却有站务人员把他拦下来。
孙元起心想：哦，看来大清国送人，也要买站台票。
站务却说：“这是洋人专用的车厢，等闲人等不得入内。”
在新世纪，见惯了“凭证入内，外来人员请登记”那一套，也见识过门口站一圈保安或者武警，不让人进出的场所。眼下，孙元起并没有太生气，打量一下这个站务，是个中国人，年龄不大，估计不到三十岁，黄白面皮，袖着双手，脸上多少有些冷淡。便问道：“这是谁规定的？”
“这你管不着！”站务一脸爱理不理的样子。
这时候，卢瑟福见孙元起没有跟上，回过头，却看到他与一个站务在说话，站务一脸的不耐烦。虽然不懂中文，也大致猜到个七八九。当下，伸手拉过孙元起就往里走。
站务一看洋人把孙元起拉进去，忙伸出手，似乎要拉住孙元起，又或者阻止洋人来拉，张大嘴巴“欸——欸……”。但终究没有说话，伸出的手也垂了下去。
孙元起心想：这是洋人看不起我们，还是我们看不起自己呢？但孙元起终究不愿意在外国人面前说中国人的不是，只好编了个理由说：“我还没有买票呢……”
“买票？”卢瑟福疑惑地问，“康格知道你要来送我们，早就买好了大家的票。”
“已经买好了？”
“是啊，你送我们嘛，一起到天……天津的。”卢瑟福道。
“去天津……”孙元起无语了，摸摸怀里几十个大钱，心想，只好等下再去麻烦康格先生了。
卢瑟福没有发现孙元起的异常，继续说道：“刚才我们说到哪儿啦？哈——对了，说到原子核应该由数种粒子组成，其中一种带正电荷，一种是中性的，但质量非常大，几乎占原子重量的绝大多数。这些在你的论文中没有写到，为什么没写呢？你刚刚想到的么？那它是一种推理，还是一种假设，或者说是猜想？”
“……”