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小时候的秀树，是个文静的孩子，喜欢独处，喜欢思考。他不爱说话。说话的声音也很小。比起较为喜欢户外活动的两个哥哥来，他更喜欢室内活动。像正月里玩的纸牌呀、扑克啦，都是他爱玩的。有些拼图游戏他比两个哥哥玩得还熟巧呢。外祖母对母亲夸奖说，秀树是兄弟里边脑袋最灵的。
他很喜欢摆积木。有一天，外祖母早上出门的时候，见秀树正在摆积木，下午回家一进屋，看见秀树依然在聚精会神地摆着。
“哎呀！你怎么还在摆呀？不累吗？”
“不累。姥姥，你看，我给你摆个庙。”
很快地秀树就摆起了一座庙。外祖母一边称赞着，一边合起双手拜起佛来。
他也喜欢摆盆景。他在一个沙盘里摆上房子、亭子、树等，他玩多长时间也不觉得累。他会设计出各式各样的格局来，然后就长时间地打量着，任凭他的想象在那小小的沙盘里驰骋。这一爱好一直保持终生。成年以后，每到一个有庭园的处所，他都要好好地看上两眼。
说到秀树小时候受到的教育，有两件事是不可不表的。一是汉学，一是书法。投胎到这个家庭的孩子，就命中注定要学好这两项本领。就像他们的身体里带着小川琢治的遗传基因一样。
秀树还不到5岁的时候就开始学习日文假名，接着就开始识字和写字训练了。刚过5岁的时候，他就不得不坐在捋着白胡子的外祖父面前大声地朗诵汉文了。有一天，秀树正在摆积木儿，就听见父亲对外祖父说：
“秀树也到了学汉书的年纪了吧。”
“不早一点儿吗？秋天再说吧。”外祖父说。
“不早了。我小时候就是5岁开始念汉书的。”
第二天傍晚，刚吃过晚钣，外祖父把秀树叫过来说：
“从今天开始，你要每天跟我念汉书了。”
5岁的孩子要适应这种训练，不用说，吃了不少的苦头儿。只要看看书面上哥哥们留下的斑斑泪痕，就会明白的。外祖父打开一本线装书，上面印满了一厘米见方大的字，手里拿着一根教鞭指着一个个的汉字，大声地念起来：
“子曰……”
“子曰……”秀树看着教鞭指的汉字，也跟着念起来。可是，无论是汉字，还是外祖父的声音，他一点儿都不懂得什么意思，还没念上两行就腻了。这时候外祖父的教鞭就会把书拍得啪啪响。于是秀树又跟着外祖父念起来。
那一个一个的汉字，排成一行一行的，密密麻麻地排满了一整页。一页一页地又摞成厚厚的一大本，就像用一块一块的砖头砌成的一面高大而又望不到尽头的墙，挡住了他的去路。他想逃了，他想去摆积木，刚站起身来，就听见：
“坐下！”
不知道父亲是什么时候站在他的背后。
他怕父亲，平时总是躲着父亲。父亲不曾像外祖父那样，牵着他的手去逛过公园。父亲也不曾像外祖母那样，跟他一起玩积木，摆盆景。父亲也从没有像妈妈那样爱抚过他。父亲总是对他说，不许哭，你是个男孩子。不可以任性，你已经是个大孩子了。
他真想冲上去把这个令人讨厌的父亲推出去。他不敢正视着父亲。父亲那威严的目光和硕大的身躯，使他感到恐怖，他不得不又坐下了，头垂得低低的。
外祖父使了个眼色，父亲就回到自己的书房去了。
“子曰……”外祖父又大声地念起来。
“子曰……”秀树的声音小得只有他自己能听得见。
外祖父拿着教鞭引导着要他翻过这堵墙。可是这堵墙太高了，太长了，望不到尽头。他感到紧张，这紧张变成恐怖，继而恐怖又变成极度的疲劳。睡魔袭来了。恍恍惚惚中，极度紧张的神经一下子松弛下来，他感到通体舒坦，就像睡在母亲的怀里。
“啪！啪！啪！”
秀树被惊醒了。睁开眼睛，只见一大绺长长的胡子，快要拖到桌面。一只满是皱纹的手，捏着教鞭敲打着书本。抬头看看外祖父的脸，外祖父毫无表情地微微睁着眼睛，斜睨着教鞭指的地方。这哪里是那个慈祥的总是笑眯眯的外祖父啊！秀树大声地哭起来，哭得好伤心。
时间一天一天地熬过去。秀树已经不像开始那么紧张了。他发现，只要他眼睛不往别处看，声音跟得上，那教鞭也就不响了。他的心却有如笼中的小鸟。春风让他想到房檐下的燕子就要回来了。七月流火，汗水顺着脊背流下来。秋虫叽叽，他想到窗下草丛里的那两只蟋蟀。冬寒入骨，他那两只小手冻得红彤彤的。一年下来，不知不觉间他记住了许多汉字。外祖父只要他朗读和背诵，并不给他讲解意思。那么小的孩子，就是讲了也听不懂。这也许就是中国语文传统教育的“反刍法吧”。认识的字渐渐地多起来，学习兴趣也浓厚起来。开始的时候，就像一个人在黑夜里走路。走了两年，东方已经发白，他已经模模糊糊地辨出路来了。又走了两年，路两旁的房子也现出轮廓来了。他觉得汉字比他的积木复杂多了，挺有意思的。
家里书架上那么多的书，只要是书脊上写着字的，他就要试试自己会不会念。有一天他站在椅子上翻爸爸书架上的书，发现一套10册的线装连环画书《太阁记》，写的是战国时代统一了全国的英雄丰臣秀吉的故事。秀树高兴得不得了。真没想到爸爸的书房里还有这么有意思的好书。那个令他讨厌的爸爸好像也变得不那么讨厌了。他一本接一本地、一页不落地看完了这套书。整个少年时代，丰臣秀吉都是他心中的英雄。之后，他又读了《格林童话》、《安徒生童话》等很多欧美童话故事的日译本。《少年世界》和《日本少年》也是他喜爱的儿童刊物。遇到不懂的问题他就去问妈妈。这时候，母亲无论多忙，总是立刻放下手里的活儿，亲切认真地解答他的问题。那时小学三年级的很多学生都在为繁难的汉字头疼，而秀树早已经开始看小说了。
汉文朗读训练一直持续到初中一年级。他学了《大学》、《论语》和《孟子》。没有学《中庸》，由《孝经》取而代之。还学了《史记列传》和《左氏春秋传》等。
走进了书的世界，幼小的秀树如痴如醉。他借助汉字旁边用小字写的注释，贪婪地读了《水浒传》、《三国志》和《西游记》。后来又看了一些别的翻译成日文的中国小说。
扎实的汉文基础对他以后的成长产生了极大的影响。在记忆力最好的年华里学到的这些东西，有些是终生不忘的。中年之后的汤川秀树仍能流利地背诵出成段的汉文来。一次跟朋友们喝酒的时候，谈到中国古典小说，他背出了《水浒传》一百零八将的名字，一个不少，一个不错，而且还讲述了许多生动有趣的细节。令在座的人惊叹不已。
只要养父建在，孩子们的汉学教育是有着落的。可是，书法呢，琢治自己的书法不错，可没有时间。他老是惦记着这事儿。作为物理学家而闻名世界的汤川秀树，还是一位书法家，这里也有做父亲的一番苦心呢。小川琢治在地质调查所工作的那段时间，常有机会去中国大陆搞地质和地理调查。每次去中国总要抽空儿逛逛书画店，遇到喜欢的书画、古董，宁可节衣缩食也要买回来。时间长了，手里的书画也就多起来。他本人又是书法高手，在熟人之间很受推崇。他把中国的书法与日本的作过详细比较，发现日本的书法还略逊一筹。于是便产生了让子女学习中国书法的念头。他本人的经历告诉他，小时候所受到的家教，他的子女应该一点儿不少地承袭下来。西方的科学技术一定要好好学，但是汉学也是不可不学的。更何况那是世世代代的传统，绝不可以在他这一代葬送。
说来也巧，正值此时京都来了一位颇有来历的书法家。他就是山本竟山。山本出身于岐阜市的一位纸商家庭，是家中长子，本名卯兵卫。曾拜明治时代书法界巨匠、东京的日下部鸣鹤为师，学习书法。因不满日本书法界的平庸风气，遂立志去中国寻根探源。1903年来到中国湖北武昌，拜当时书法界泰斗杨守敬，杨氏曾在中国驻东京公使馆任职，著名历史、地理学家（《历代中国历史地图》一书的作者）为师，潜心磨砺，直至功底深厚。归国后于1913年在东京都设塾。
小川得知此事，就让小学二年级的秀树和京都第一女子学校的二姐妙子一起进了竟山塾，每个星期学习一次。果真是名不虚传。不到半年，姐弟俩人均大有长进。这证实了竟山翁教授书法效果非同一般。在教育子女方面不惜心血也不吝金钱的小川，从1916年起就把山本请到家里，命所有的孩子一律学习书法。
7个孩子一起学习书法，这可忙坏了母亲小雪。每到上书法课的时候，家里一片忙乱，有如战场。
孩子们的练习，由山本竟山批阅后再发还给每个人。写得好的字，就用红笔画上一个、两个或三个圈。成绩优秀的孩子有时会获得老师的口头表扬，秀树是获得这项恩典最多的孩子。
兄弟中也有不喜欢书法的，因为贪玩，就经常托辞学校有事，尽量躲过书法课。秀树则不然，就是没有书法课的时候，他也常常自己练习。他已经爱上书法了。秀树念中学的时候，一家杂志社的人请小川琢治题写刊头。父亲命秀树代笔，杂志社的人看了秀树题的刊头，大加赞赏。
秀树于1913年（大正二年）4月入京极寻常小学校（即旧制普通小学）。学校旁边就是御所（指天皇、皇族的住所），环境优美。学生大多是有钱人家的孩子，大学教授的孩子也很多。因为周围有许多大学教授的住宅。
那时候，大学教授的薪水很不错，没几年就能攒够盖房子的钱。京极小学以教学质量高而出名。学生进了京极小学就比较容易进一流的中学了，因而京极小学被称作“升学的学校”。
小学时的秀树，聪明、努力。考第一名的时候虽然很少，但成绩总是班里的前几名，常为老师称道。他经常担任班长。那时候学校有个规定，为了让更多的学生得到锻炼，班长只能任半年。
外表文静的秀树，做起事来却有股子不服输的劲儿。有一次上体育课的时候练习相扑，对手是个身强力壮的学生，不费劲儿就把秀树掀倒在地。秀树爬起来，脸憋得通红，快要哭出来的样子，向对方猛扑过去。
一位小学的老师在回忆秀树往事的时候说：“汤川秀树有股不服输的劲儿。遇到数学难题，一时解不开，他就是哭着也要把题解出来才肯罢休。”
一位小学时住在秀树家附近的同班同学回忆道：“我们许多同学放学后回到家里扔下书包就跑出去玩。可是汤川秀树回到家里就很少再出来了。就是出来，也很少一个人。逛庙会的时候总是跟哥哥一起去，有时候跟爸爸一起出来。汤川秀树的爸爸秃顶，肚子圆圆的。汤川秀树跟在后面，就像大老板后面跟着一个小徒弟似的，那样子看上去真有点滑稽。”
秀树最初显露出数学天分，是小学二年级的时候。念中学的哥哥在代数课上学了等差数列求和公式，回到家里想教给弟弟。于是就问秀树：“我考考你，从1到5加起来的和是多少？”
“15。”秀树立即回答道。
哥哥非常吃惊，眼睛瞪得大大的。心里想：也许是这个数太小了，就接着问道：
“从1加到10呢？”
“55。”秀树脱口而出。
“你怎么算得这么快？”
于是秀树把自己的算法跟哥哥说了一遍，原来是秀树想出了一个算术公式。坐在旁边的妈妈眼里闪出惊奇的泪光，抚摸着秀树的头，脸上露出了幸福的微笑。秀树倒是有点儿摸不着头脑，觉得妈妈和哥哥的反应有点儿奇怪。
晚餐桌上，小雪把这件事跟丈夫说了，琢治听了满意地点了点头，对秀树说：
“听说咱们祖上就有算术出名的人。你是个聪明的孩子，好好学习吧。”
父亲是从不轻易表扬孩子的。这天的话给全家人留下了深刻的印象。