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这时，日本侵略者的铁蹄又踏向华北，1933年3月，占领了热河并进攻长城沿线，在喜峰口受到以宋哲元、佟麟阁将军为首的二十九军（由西北军改编）的顽强抵抗，但国民政府采取不抵抗政策，装备远比二十九军精良的中央军第十七军的三个师在古北口却相继被打残，造成二十九军腹背受敌，伤亡惨重，国民政府何应钦命令二十九军撤退。1933年5月，国民政府与日本签订“塘沽协定”规定中国军队撤出长城以南100公里，为日寇打开了通向华北的大门。这时，日寇已经实际占领了唐山交大周围的华北地区，唐山交大紧闭校门，校内高悬着中国国旗。
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1935年6月10日，国民政府又同日本签订丧权辱国的《何梅协定》，同意国民党中央军、东北军及党务、特务机关从河北及平津撤出。10月，日寇策动“华北五省自治运动”。11月25日，日寇指使汉奸殷汝耕成立“冀东防共自治政府”。国民党政府继续坚持不抵抗政策，竟准备成立“冀察政务委员会”以适应日寇“华北政权特殊化”的要求。在严重的民族危机面前，清华、燕京两校响应北平学联号召，准备组织大规模游行请愿。1935年12月9日，北平学生和市民2万多人在天桥和前门火车站广场分别召开市民大会，通过了反对冀察政务委员会、反对华北任何傀儡组织、停止内战、一致对外、收复东北失地、争取抗日和爱国自由等决议案。会后举行示威游行，至西单和东长安街时遭到军警木棍、鞭子、水龙、大刀的攻击，学生30多人被捕，400多人受伤。由清华大学学生蒋南翔满怀激愤和忧国之情、代表清华大学救国会所写出的《清华大学救国会告全国民众书》，在12月9日的游行队伍中变成传单，贴满了北平的大街小巷。文告中“华北之大，已经安放不下一张平静的书桌了”这句话，传遍大江南北，点燃了全国学生的爱国热情。
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张维与顾宜孙教授合影于唐山交大
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张维在实验室（1935年在唐山交大）
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面对日寇对我国的步步蚕食和政府的腐败无能，张维忧心忡忡。每天上午课间休息时，他就赶快到传达室去看当日的报纸，但从报上读到的消息一天比一天更坏。同宿舍的两位东北籍同事谈到日寇在家乡的暴行，更是常常痛哭失声。张维常常问自己：我该怎么办？我能怎么办？唉！真是“百无一用是书生”啊。当他夜不能寐时，想：这么多年的书就白念了吗？国家沦落到今天这一步，列强在中国横行霸道，根本原因是国力衰弱。要是我们有比日本强得多的国力，小日本敢如此猖狂吗。他想起叔叔张瑾的话，要用自己的所学，让中国强大起来。他写信给在北平工作的好朋友魏士贵。魏士贵回信说：“你不是一直想出国深造吗？赶紧出去，再晚了恐怕想走都走不成了。留在中国，像你这样的文弱书生也没什么用。学好技术，将来早晚能用得上。”想想也还真有点道理，都说“科技救国”，既然科技能救国，还是走考试、出国读书、学习国外先进技术这条路吧。
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自从有了出国读书的念头，就常听说某某朋友去某国留学的消息。张维和陆士嘉去哪里呢？暑假，陆士嘉去唐山看望张维，商量出国念书的事。张维的意见是去德国。为什么张维想去德国呢？一方面他自小就从二叔处了解到德国的工业和科学技术非常发达。另一方面，自从第一次世界大战德国成为战败国以后，中德之间重订新约，过去德国强加给中国的一切不平等条约率先废除，为中德两国文化交流清除了障碍；20世纪前期，德国在机械工程等学科方面处于世界领先地位，我国国人对德国科学十分推崇，中国有志青年渴望了解德国在战后的重建与复兴过程，以便仿效他们振兴自己的祖国。这是20世纪二三十年代大批中国学生留德的大背景，正如蔡元培坦言：“救中国必以学，世界学术德国最尊，吾将求学于德”。从那时起，张维就在唐山交大工作之余利用各种机会学习德语。
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张维和陆士嘉在唐山交大（1935年）
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第五届中英庚子赔款全体留英学生（1937年）第二排右起第二人是张维
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留学基本上是两条路：一是自费，这相对来说比较容易，只要自己或家里有钱，有外国的学校接收，即可成行；二是公费。张家全家五、六口人只靠一点点父亲的遗产和大哥的工资维持生活，张维自己在唐山交大当助教的工资也不多，自费留学绝无可能，只能硬碰硬地去考公费。而公费留学的地点就由不得自己了，哪儿有名额，考上哪儿是哪儿。1937年5月，张维以优异的成绩考取了第5届中英庚子赔款公费生。同届的中英庚子赔款公费生中还有后来曾任中国科学院院长的著名化学家卢嘉锡，张维和他在伦敦时为室友，后来成了一生的好友。
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陆士嘉收到张维考上公费留学的信后，立即辞了在志成中学的教学职务，着手做自费留学的准备。可当她向母亲要那笔自己辛苦工作节余所存的钱时，这位过分疼爱儿子的母亲却说：“噢，那笔钱哪，我给你六哥开诊所用了。”她急得跟张维商量，张维说：“看来只能求助于你舅舅了。”原来，陆士嘉的舅舅施今墨是北平中医界四大名医之一，手头还算宽裕，又一直喜欢这个勤奋好学而又有骨气的外甥女，当即答应供她留学，可陆士嘉坚持要以借的形式接受舅舅的钱，说将来一定要还的。舅舅拗不过她，只好答应道：“好，就算借吧。”这才把经济问题解决了。
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那么，出国后学什么科呢？张维在大学时学的是土木工程，教书教的也是这一领域的基础结构力学，出去自然还是学结构工程了，于是决定去英国帝国理工学院土木工程系。上北师大时陆士嘉一度对天文挺感兴趣，但眼看着日本飞机在中国的领空耀武扬威，轰炸我大好河山，杀伤我无辜平民，陆士嘉觉得眼前造飞机远比研究星星来得有用，于是在看了大量文献后，决定去德国学航空，因为那里有近代流体力学的奠基人路德维希·普朗特教授（Ludwig Prandtl，1875—1953）。
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在即将远渡重洋前夕，张维和陆士嘉举行了订婚仪式。由于双方都是幼年丧父，两位母亲就做了主婚人。女方证婚人是舅舅施今墨，男方证婚人请了北师大附中的老师张少文。订婚仪式上除了交换戒指外，陆士嘉又郑重地送给张维一支钢笔，笔杆上刻着她亲笔写下的四个娟秀的小字：“勿忘祖国”。接过这虽不贵重，却饱含情意和期望的礼物，张维几乎落下泪来。他知道两个人的心是相通的：在这兵荒马乱的年月，抛家离国远渡重洋，只为掌握过硬的知识，让自己苦难的祖国赶紧强大起来，不受人欺负。两个人长久地互相望着，眼中全是坚定的鼓励和热切的期望。
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订婚照（1937年 在北平）
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1937年“七七”事变后，日本帝国主义军队占领了唐山交大校园，学校遭到毁灭性破坏，多年努力积攒起来的仪器、设备、财产等都被劫掠一空。在整个抗日战争期间唐山交大师生被迫长期迁徙，先后迁校十余次，辗转行程五万里。
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1937年7月16日，就在日本人发动“七七事变”后9天，他们仓促地告别了亲人，登上南下的火车去南京办理出境手续。拜谒了中山陵后，又急忙赶到上海，8月11日，双双登上了开往欧洲的最后一班英国轮船。
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耳听着已经不远的隆隆炮声，眼见着机身上贴着膏药旗的日本飞机在头顶上盘旋，两个人怀着满腔的悲愤，踏上了异国求学的路。这一走啊，不知何日才能归来。望着渐渐模糊的吴淞口，一向不爱哭的陆士嘉的眼睛模糊了。张维把手放在她肩上，想要说几句安慰的话，未曾出声却已泪流满面。他们暗自发誓：“祖国啊，亲人们，等着我们！我们一定要把最先进的技术学到手，回来报效祖国。”
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按照原定计划，两人一踏上欧洲，在巴黎看望了先期已在法国巴黎大学郎之万实验室攻读研究生的北师大附中校友汪德昭、李慧年夫妇后，即分道扬镳：张维去了英国伦敦的帝国理工学院的土木系当硕士研究生，陆士嘉则进了德国柏林高等工业学校当研究生，同时学习德语。
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