走出山溝，經北京，到紐約，參加“世界少年科技知識競賽”。獲獎歸來以後，他第一次感到大山不僅有可愛的一麵，也有可恨的一麵！說它可愛，是因為它有豐富的資源和美麗的景觀。說它可恨，是因為它占據了我們的空間，使我們不能像北京人和紐約人那樣享受平地生活的便利。從此以後，他更加理解老愚公為什麼要求他的子子孫孫，堅持每天挖山不止，一定要把大山移走。他性格內向，表麵不活潑，但思想很活躍。一有機會就在腦海裏暢遊，在未來的世界裏遐想：“靠人工，一鍬一鍬地挖掉太行山，……不現實。”“靠機器來挖，挖下來的碎石往哪放？這裏挖掉一座山，那裏又堆起一座山，豈不是白費力！不行。”“幹脆，將挖掉的山頭直接填入周圍的山溝，將山區夷為平地！”“也不行，這樣一來，山區的動植物資源和自然人文景觀都將被破壞，美麗的太行山將變成一片亂石灘……”自從紐約回來以後，這些問題總在在他的腦海裏翻來覆去。一次，他與幾個小夥伴一起登上太行山的最高峰——五台山的北台。站在北台，遙望群山，隻見群巒疊嶂，一望無際，仿佛又回到了前幾天，站在紐約的自由塔塔頂，觀看周圍一幢接一幢的摩天大樓。這時他突發奇想：“如果在這些山峰與山峰之間架起一道道橫梁，再在這些橫梁之上鋪上一塊塊平板，組裝成一個個空中平台，把我們的家從山溝裏搬到這些平台之上。那我們不就和生活在平原上一樣了嗎？”“而且這些空中平台海拔不算太高，氣壓正常，陽光充足，空氣新鮮，生存環境比地麵還好！”“關鍵是橫梁：山峰之間相距幾千米，橫梁隻有幾十米……不行。”“梁短可以多用柱：柱子太多，工程太大……還是不行。”“如果能製造幾千米長的橫梁就好了！”有一次，他問父親：“能不能製造幾千米長的橫梁？”父親說：“用現有的材料製造幾千米長的橫梁，橫梁的寬和高就得幾百米。這樣的龐然大物不僅不經濟，不實用，也不現實。隻有用比鋼鐵強度高千倍的材料，才能造出有實用價值的千米橫梁。目前還沒有這樣的材料，所以還不能製造幾千米長的橫梁。”“那怎麼辦？”“需要靠你們，甚至你們的下一代人，不停地研究，不停地創造。你知道我為什麼給你取名叫‘柱梁’嗎？古時候，把有重大貢獻的人比作‘擎天鉑玉柱，架海紫金梁’。我希望你能成為這樣的人。”劉柱梁不忘愚公的遺願，牢記父親的教誨，把“高強度材料”作為自己的奮鬥目標。始終懷著用千米橫梁改造太行山的夢想。24歲那年，他發現了一種破譯“生物基因（DNA）”的新方法，獲“世界自然科學一等獎”。30歲那年，他在破譯“生物基因”的基礎上，發明了“非生物基因”。由於以下原因，這一發明使他成為科學界的首席專家。（1）“非生物基因”可以在人工環境裏生長成“非生物體”。（2）“非生物基因”可以決定“非生物體”的形狀、大小、強度、硬度、表麵光潔度及顏色等。（3）通過直接設計“非生物基因”，可以間接設計“非生物體”，這些“非生物體”可以直接作為機械構件。31歲那年，他把“非生物基因”應用於“高強度材料”的研究，創辦了“太行基因材料研究所”。十年來，研究所聚集了一大批納米科學、基因科學、材料科學領域的專家，完成了一大批從基礎理論到實際應用的各類課題。今年春天，他收到“地球居委會”邀請他參加“紀念‘911’一百周年大會”的通知，恰逢“高強度材料”的研究工作取得重大突破，為了向大會展示這一成果，他精心設計了“魚竿”、“魚線”等道具及“仙女下凡”這一舞蹈。張先生和劉所長，一個是政界的最高領導，一個是科學界的首席專家，兩個當代偉人坐在一起，將探討什麼問題？且聽下回分解。第六章納米科學顯神通費曼預言得證明2101年9月13日，“太行基因材料研究所”正式改名為“第三材料研究所”，門口還掛起橫幅，“熱列歡迎地球居委會領導蒞臨”。會客室裏，“最高領導”與“首席專家”正在談話，在座的還有“地球自然科學院”，“地球社會科學院”，“地球環境科學院”的院長及“第三材料研究所”的部分專家。“請問‘第三材料’為什麼具有異乎尋常的特性？”張主任開門見山，直及主題。“著名量子物理學家——費曼，在二十世紀六十年代就預言：‘如果對物體微小規模上的排列加以某種控製的話，物體就能得到大量的異乎尋常的特性。’第三材料的成功，驗證了費曼的預言。”劉所長用費曼的預言作回答。“什麼樣的規模才算是微小規模？”“微小規模就是一個原子。”“為什麼不是質子、中子、電子呢？它們不是更小嗎？”“我們能夠逐個移動，並重新擺布的最小的東西是原子。一百多年前，就曾有人用原子擺出“IBM”幾個字，這一寫字的最小記錄至今未被打破。我們不能擺布比原子更小的粒子。根據‘量子力學’的‘不確定原理’，任何物體的位置和動量都是不可同時確定的。我們認為宏觀物體的位置可以確定，隻是因為它的不確定值相對較小而已。原子是宏觀物體的下限，是我們可以擺布的最小物體。所以‘微小規模’指的是一個原子，而不是更小的粒子。”“為什麼不是分子呢？任何物質都是由分子組成的呀！”“因為分子也是由原子組成的，有的分子含有幾個原子，有的分子含有成千上萬個原子。分子不穩定，不牢固，易變化。而且分子之間的結合力比原子小得多。為了從源頭上設計材料和製造構件，我們必須從原子開始。”“那就從原子說起吧。請先為我們普及一下有關原子的知識好嗎!”“您太客氣了！好吧，我就先說說原子，說的不對，請各位指正。地球由一百多種原子組成，這些原子有輕有重，有大有小。最輕的與最重的質量相差二百多倍，但大小卻都相差無幾，直徑都在0.1納米左右。原子由原子核與電子組成，原子核好比太陽，電子好比行星。原子核的直徑不到原子的萬分之一，質量卻占整個原子的99.9%以上。如果把原子比作足球場，那原子核還比不上足球，隻能比作乒乓球，電子就隻能比作一粒沙子。偌大一個足球場，隻有一個乒乓球與幾粒沙子，看來原子內部是空蕩蕩的。但‘量子場論’認為：全空間同時重疊地充滿了各種‘場’，每種‘場’對應一種‘粒子’，‘場’也是物質。以這種觀點看，原子內部是滿當當的。物質的不可壓縮性，就充分說明了這一點。原子核帶正電，電子帶負電，由於正負電荷相互吸引，相互平衡，使原子成為一個牢固的，穩定的整體。原子的牢固性，穩定性，決定了原子是構成各種材料的最小單元。正如我們在分析某一材料的成分時，常說它含有哪幾種原子（元素），從不說它含有什麼質子、中子、電子，也很少說它含有什麼分子。”“原子是怎麼構成材料的呢？”“傳統材料包括金屬材料，陶瓷材料，高分子材料等。一般是先由原子組成分子或晶粒，再由分子或晶粒組成小顆粒，再由小顆粒組成大顆粒……最終組成材料。”“它們靠什麼結合在一起？”“所有這些結合，靠得都是電荷力。這種力主要存在於原子內部，如剛才所說，由於正負電荷相互吸引，原子才成為一個牢固的整體。在原子之間，分子之間和顆粒之間也存在一些電荷力，隻是相對較小。原子之間的結合力稱作化學鍵（chemicalbond），化學鍵的成鍵能量約為幾十到幾百千焦/摩爾。分子之間的結合力稱作範德華（vanderWaals）力，範德華力比化學鍵小1～2個數量級。顆粒之間的結合力就更小了。總之，粒子越大，相對的結合力就越小，沙土不如粘土容易結塊就是這個道理。原子的排列組合決定材料的強度。第三材料的強度比鋼鐵高出上萬倍，已接近材料強度的極限，就是因為我們對材料在原子水平上的排列進行了某種控製。”劉所長把話題拉回來，無意中又提到材料強度的極限。“什麼是材料強度的極限？”張主任從不放過任何一個不清楚的概念。“材料的強度是有限的，最合理地排列原子，最充分地利用原子間的結合力，材料強度可達到的最大值，就是材料強度的極限。”“請舉例說明？”“就以前天的節目中吊起演員的那根細絲為例：假設細絲的任一橫截麵內，都一個挨一個地排滿原子，所有原子之間都以成鍵能量最高的化學鍵相連接，那麼就可以認為這根細絲的強度達到了極限。”“能否給出具體數值？”“把化學鍵的成鍵能折算成力，結果是：要拉斷1億個化學鍵需要用1公斤的力。直徑1毫米的細絲，橫截麵內可容納一百萬億個原子，要拉斷這根細絲就需要用一百萬公斤力，也就是1000噸力。我們把直徑1毫米的細絲承受1000噸的拉力作為材料強度的極限。”“據我所知，直徑1毫米的鋼絲也僅能承受0.1噸的拉力。”“所以說，鋼鐵的強度隻有極限的萬分之一。”“為何這麼低？”“因為鋼鐵內部的原子排列是隨機的，雜亂的。一般是先由原子組成晶粒，再由晶粒組成顆粒......最後組成構件。”“那你們的材料又是怎樣製成的？”“我們以原子為‘磚’，以構件為‘牆’，一塊塊，一層層，像砌牆那樣，把原子拚成構件。”“你剛才說過：一個原子的直徑約為0.1納米，一根直徑1毫米的細絲橫截麵內就有1百萬億個原子，一個構件內的原子可是個天文數字啊！象砌牆那樣，一個一個地擺弄這些原子，豈不太慢，太費時，太費事？”“不錯，如果靠人一個一個地擺弄這些原子，確實太慢，我們不是靠人去擺弄。”“哪靠什麼？”