嗯，你把一匙布丁往嘴里送的时候，你一定在想：这股绝妙的香草味道会向四下里蔓延开来，从舌尖到腹部突然都有了这种舒适而柔软的感觉——连咀嚼都不必咀嚼。但是，你吃点心时，不留神咬着了一颗硬李子核，那情况就完全不一样了。
什么是软，什么是硬——为什么会是这样的？我们物理学家就是研究诸如此类的问题。我们力图说明各种物质的特性是从哪里来的。令人难以置信的是，在整个世界中，我们所见到的、所感觉到的一切物质，都是由大约100种不同的基本粒子组成的。物质之间的差异，其颜色、形态或强度均取决于这些我们称之为元素的基本粒子。你想一想生命的多样性：有白皮肤、黑皮肤或黄皮肤的人，有短的草和高的树，有昆虫、鱼、鸟和哺乳动物——然而使它们得以繁殖的遗传特征却总是由这100种基本粒子的新的组合组成。这一点几乎没有什么人知道——不信你去问问你的父母。
应该承认：人们得有许多丰富的想像力，才能想像这样的事情。希腊哲学家和数学家德谟克利特便是最富有想像力的人之一。早在2400年前他就断言，甚至最不同的物质都是由同样的基本粒子组成的。他确信，一定有一个原始微粒，一个最小的微粒。他给这个微粒起了个名字，翻译过来就叫：不可分的。
但是由于德谟克利特的原子不可见，并且因此而对于大多数人来说一直不可想像，所以人们就把这一理论搁置起来了。
一直到2000年后的17世纪末，著名的英国自然科学家艾萨克·牛顿才开始寻求一种解释：为什么地球和星星都在大的轨道上互相围绕着转动。他计算了很久很久，最后终于找到了可以解释天体一切运动的公式：这就是现代物理学的开端。和德谟克利特的理论不同，他的理论是可以证明的，因为星星是可以看见的，人们可以观察它们的出没。但即便是牛顿也没能观察到一块石头或一个布丁里面的微小的基本粒子。他完全跟德谟克利特一样，没有料想到在最微小的粒子内部，也存在着类似于巨大星球那样的运动。
今天人们知道，一个原子有一个原子核，电子围绕着原子核转动，就像行星绕着太阳或月亮绕着地球转动那样。我们所知道的最简单的氢原子，它只有一个绕着原子核运动的电子。随着原子核内质子数量增加以及绕着核转动的电子的增加，原子的特性就会起变化：即它们的重量和它们吸引相邻原子的引力发生变化。这就形成了自然界的标准构件。
你所知道的一切物质，也包括布丁和石头，都由原子组成。这些原子组成群体，这就是分子。然后分别按分子的组成情况，产生不同的化学物质：液体、气体或固体物质——组成我们世界的一切物质。但是为了互相组合在一起，带电子的原子们就先得互相有好感。你可以想像马戏团的两个演员：如果他们自顾自地耍弄好几个球，那么他们的表演就像两个带着飞来飞去的电子的原子。随后，如果他们同时把这些球抛向对方，那么观众就会突然看不清楚哪个球原本是属于哪个人的，就是说两个演员现在必须共同合作来表演。于是物理学家们就说：两个原子带着共同的电子组合成一个分子。
下一步各分子就结合成越来越大的团块。根据这些团块的不同组成，分别又产生了不同的物质。想想布丁吧：如果你将布丁粉搅进牛奶里，牛奶的脂肪和蛋白便和布丁粉浆结合，并像物理学家所说的那样构成分子架。在混合时液体变得越来越稠，因为好几十亿个原子已经发生了新的、更牢固的化合。你可曾想到，你每吃一羹匙布丁，也就等于吃下了许多个小的旋转的电子？
但是为什么我的布丁是软的，现在你终于想知道了吧？因为它的分子互相连结得不是很紧密，并且很快便又互相分离。你让你的布丁在室外放置几天，你就会看到，美味、浓稠的布丁只剩下难以下咽的一摊稀泥。
而石头却是硬的。人们得用强力才能粉碎它：譬如将它放进腐蚀酸里，或者将其交替强烈加热，随后又使其冷却、凝结。如果你打碎一块石头，你就会看到石头内部闪闪发光。这是石头的原子，它们已经联结成坚固和有规则的晶格，我们称之为晶体。因为其中的原子互相之间颇有好感，所以它们相互紧挨着并构成一个由几十亿个原子组成的有规律地排列好的阵容。晶体的表面往往十分光滑，并且在光照下闪闪发亮。如果你有一架显微镜，你干脆就看看一颗盐粒。这也是一种晶体。
幸亏我们物理学家不必天天打碎石头，我们能够在实验室里制造出人工的晶体。在这个过程中，会产生出纯净的物质，这些纯净物质在自然界里是根本不存在的。连金刚石也往往不是纯白的，而有一种浅黄或浅蓝色的微小瑕疵。这是由于一个本应由一个原子占有的位置一直空着，或者被一个错误的原子偷偷地溜了进去造成的。在金刚石中，各个原子之间的结合方式十分牢固，致使这种物质的质地特别坚硬。如果同样的这些原子用另一种方式结合，那么它就会形成另一种别的物质。譬如铅笔芯，它虽然跟金刚石一样由相同的原子组成，但是它的结合方式是不牢固的。所以，这些原子与原子之间的结合容易被分开，因而当我们用铅笔写字时，它就会被擦掉晶体，然后在一张纸上留下划痕。
但是在我的工作单位，在斯图加特马克斯·普兰克研究所，我们主要研究完全新的物质，我们自己发明这些全新的物质。譬如我们用三层一种原子和五层另一种原子并将它们像一块三明治中的火腿干酪那样摞起来。人们可以在计算机上或者在实际上，用非常专业的器材把这个实验做完。做这个实验的实验室必须极端清洁，以避免导致污染。在我们这里，甚至连空气都经过多重过滤。如果新的物质制成了，人们就能用一台专门的显微镜观察它的内部活动。为了能够看一眼这些粒子，德谟克利特为此不知花费了多大代价。他十分确切地知道，这些粒子存在着，却从未被人们看见过。对于我们来说，这物质一经放在显微镜下进行测试，这真是一个令人激动的时刻。我们开始测试它的各种性能：我们的这些新物质有哪些新的特性，它是坚固的还是易碎的，它是否能导电，它有磁力吗？我们也常常想解决一个具体的问题，譬如我们想发明一种新的飞机油箱，用以盛放一种不污染空气的发动机燃料。
你现在一定想知道，这一切与布丁和石头有什么关系。这关系比你想像的还大！因为就像一块块石头堆积成山那样，我们物理学家能够建造起原子地区。我们使这些原子地区的一些部分像一块石头那样坚硬和不渗透，或者不如说像碗口的边圈，阻挡着电子通过，而原子地区的另一些部分，就像碗里的布丁，松软而有弹性，可以让电子自由地移动。
这些原子地区被安装在微型芯片上，并控制电子仪器。一个微小电子的运动就像一个可以开合电路的开关。你看，看不见的原子和电子今天在做着从前需要巨大的机器才能做得了的工作。这不神奇吗？你家里的许多电器都是这样运转的，连你的CD播放机和洗衣机全都是这样。
今天我们能够拆开并重新组装原子地区，我们称之为毫微工艺。你想像一下，你将一条一米长的带子分成10个等份。然后你得到10条带子，每条带子1/10米长，即10厘米长。如果你随后将一条这样的带子又分成10份，你就得出厘米。下一次分时就得出毫米，如此等等。如果你总共这样分9次，你就有了毫微米。人们必须把大的物件砍成这样小的小块，人们必须这样精确地进行观察，才能懂得我们所制造的这些新的物质。
分别按照这些物质的组成情况，是比较松弛还是比较紧密——这决定了我们的新材料会不会变得像一份布丁那样松软，还是像一块石头那样坚硬和不可动摇。
（本文作者：克劳斯·冯·克利青，1943年6月28日出生，德国物理学家，他因为发现导电体的电阻在适当条件下呈现量子化而获1985年诺贝尔物理学奖。）
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