空間旅行最困難的部分（除了無聊和危險以外）在于出發(fā)。在虛空的空間中，沒有太強的引力作用，一次小幅的推進(jìn)就能使火箭移動幾乎無窮遠(yuǎn)。因此，火箭裝載的大部分燃料僅僅是用于讓火箭逃離地球的引力。這些燃料和燃燒它們的發(fā)動機就占據(jù)了火箭總重的大半。我還清楚地記得，“阿波羅號”在離開地球時高大得像座耀眼的大廈，返回來時卻小得像鼻尖似的。

因此，要是我們可以從地球的大氣層外發(fā)射飛船，那負(fù)荷就能大大減少了。亞瑟·C.克拉克在小說《天堂的噴泉》里提到過有可能怎樣實現(xiàn)。他設(shè)想了一種空間電梯：在對地靜止的衛(wèi)星軌道上置一平臺，然后用超強的長纜繩將它與地面連在一起?？臻g設(shè)備和乘客首先通過穿梭電梯從地面輸送到平臺上，然后從平臺發(fā)射到太空中，這樣所需的燃料比起從地面發(fā)射就只是一小部分了。

要把繞地運行的平臺與地表相連接，我們就需要特別強勁的纜繩，比現(xiàn)今已有的任何一種東西都要強勁得多。這種纜繩還要很輕，要是用普通鋼纜就太重了。

其實，要解釋我們?yōu)楹涡枰邆浣Y(jié)實、強韌、耐腐蝕、輕便等特性的材料，并不非得借助于空間電梯這種幻想的概念。但這樣的情景能夠激發(fā)我們思考，到底可以將材料的特性推進(jìn)到何種程度。我們還可以考慮將超強勁“空間繩索”用于太空發(fā)射，先把載荷用纜繩連到繞地衛(wèi)星上，然后像彈弓一樣發(fā)射出去。這樣的繩索要又輕又結(jié)實。即便是在非常普通的需求中，結(jié)實的纜繩也求之不得：比如懸吊橋梁，以及在海底固定鉆井機。

然而，強韌纖維一直都在我們身邊，我們很幸運地接受了大自然大量的饋贈：絲、麻、木材、毛發(fā)。在革命前的俄國，人們用蠶絲來防彈。如今為了相同的目的，人們研發(fā)出了人造蠶絲。

塑料時代正式開始于20世紀(jì)初，這個時代除自然纖維以外，人們又有了合成纖維作為補充，它既有優(yōu)點也有缺點。最初的塑料是在不斷地試錯中發(fā)明出來的；現(xiàn)代的塑料與此相反，是依據(jù)應(yīng)用場景從分子層面設(shè)計出來的。這一章將從分子的視角來看材料，我會把討論內(nèi)容同時集中在自然纖維和人造纖維上，因為它們提供了特別美麗且圖像化的例子來說明，分子結(jié)構(gòu)如何影響工程師所憂心的材料特性。

不過分子科學(xué)和材料工程的互動遠(yuǎn)比這小小一面要廣泛得多。人們可以設(shè)計分子，讓它們轉(zhuǎn)化為超硬的耐高溫陶瓷材料。航天工程、輪機制造和發(fā)電中會用到這種材料。人們還可以設(shè)計分子材料（尤其是聚合物材料），讓它們導(dǎo)電，捕獲、傳輸及轉(zhuǎn)化光脈沖，過濾其他分子，或者保護(hù)界面不受污染和侵蝕。其中包括根據(jù)環(huán)境自動發(fā)生變化的“智能”材料，可以用作自動的開關(guān)、閥門或者泵。分子材料在醫(yī)學(xué)方面的影響更是舉足輕重，而且在未來還會日益強大：它為我們提供了義肢、人造器官和組織、藥物控制系統(tǒng)、可生物降解的手術(shù)縫線，以及監(jiān)測身體健康狀況的傳感器。未來有可能分子工程會培育出新的腎臟或心臟，用來移植以取代損壞的臟器。