이 책은 쉽고 간결한 설명을 통해 과학자들의 눈에 비친 세상을 여러분에게 보여 주고자 한다. 책을 읽다 보면 눈송이, 나비, 흐르는 강물, 빛, 모래알 등 일상생활에서 쉽게 볼 수 있던 것들의 새로운 모습을 발견하기도 하고, 깊이 있는 토론을 통해 현대 과학의 가장 심오한 영역을 탐구하며 대자연의 경이로움을 깨닫게 될 것이다.
---「본문중에서」

과학자 데모크리토스는 원자론에서 ‘원자는 물질을 구성하는 기본 요소고, 더 이상 분할할 수 없는 실체’라고 말했다. 그 이후 사람들은 원자론의 관점을 바탕으로 원자는 더 이상 분할될 수 없으며, 물질이 서로 다른 이유는 원자의 배열과 조합이 다르기 때문이라고 믿었다. 그런데 원자 행성 모형이 이러한 오래된 인식을 깨트렸다. 원자는 더 이상 분할할 수 없는 입자가 아닐뿐더러 원자 내부는 거의 텅 비어 있다는 사실이 밝혀진 것이다. 원자의 내부는 99.99%가 빈 공간이다.
---「본문중에서」

우리는 대자연의 황금분할을 달팽이 껍데기나 해바라기꽃 등에서 쉽게 관찰할 수 있다. 예술가들은 이러한 황금분할을 건축물, 그림, 조각상 등에 적용하기도 했는데, 예를 들면 파리 에펠탑과 고대 그리스의 파르테논 신전 등이 있다. 에펠탑의 2층은 전체 탑의 황금분할 지점에 위치해 있고, 파르테논 신전의 가로 세로의 비율은 0.618의 황금 비율을 이룬다.
---「본문중에서」

다행인 건 지구를 도는 위성은 ‘달’ 하나뿐이라는 점이다. 만약 지구를 도는 위성이 두 개 이상이고, 위성의 질량이 컸다면 지구의 밤낮의 변화, 계절의 변화 등에 굉장히 큰 영향을 미쳤을 것이다. 그리고 그보다 더 다행인 건 태양의 질량이 태양계의 여덟 개 행성보다 훨씬 더 크기 때문에 태양계에서는 여덟 개의 작은 행성들이 고정되어 움직이지 않는 항성 주위를 도는 것 같은 운행 구조를 보여 준다는 점이다. 그렇지 않다면 태양은 지금보다 훨씬 더 복잡한 형태로 움직이게 되고, 지구의 온도변화에도 큰 영향을 미치게 된다. 또 한 가지 다행스러운 점은 은하계 중심에 거대한 블랙홀이 있다는 것이다. 만약 블랙홀이 없다면 은하계 내 천체들의 운행은 더욱 복잡해지고, 은하계 전체에 혼란을 가중시키게 될 것이다.
---「본문중에서」

과거의 물리학은 겉으로 드러나는 모습을 본질로 여겼다. 즉, 겉모습으로 본질을 판단한 셈이다. 그러나 20세기에 접어들면서 기존의 인식을 완전히 뒤집는 이론과 실험들이 등장했는데, 대표적인 예가 바로 빛의 이중성으로, 완전히 모순되고 대립하는 것처럼 보이는 입자와 파동을 하나로 통일했다. 이때부터 사람들은 회절과 간섭 그리고 반사와 굴절이 반드시 파동과 입자에 대응하는 현상이 아니라, 어떤 특정한 관측 상황에서 나타나는 특징일 뿐이라고 인식하게 되었다.
---「본문중에서」

지구상에서 나무, 집 등 우리가 매일 보는 이러한 물체들은 정지 상태다. 하지만 지구가 자전한다는 사실을 고려하면 나무, 집 그리고 사람도 매일 4만 km의 속도로 움직이고 있는 셈이다. 지구의 범위에서 벗어나 태양계에서 보면 지구의 모든 물체는 태양과 상대적으로 움직이고 있다. 즉, 모든 물체가 지구를 따라 태양을 중심으로 공전하고 있는 것이다. 더 나아가 은하계에서 보면 태양 역시 은하계를 중심으로 움직이고 있다. 이처럼 우주에서는 절대적인 정지 상태에 있는 체계를 찾을 수 없다.
---「본문중에서」

원자폭탄의 폭발은 질량이 에너지로 전환된 결과다. 즉, 우라늄 원소의 질량이 감소하면서 거대한 에너지가 방출되는 것이다. 원자폭탄은 핵분열 에너지를 이용했지만, 그보다 더 효율적인 방식은 핵융합이다. 초고온 고압 상태에서 수소 동위원소는 핵 원소로 융합되어 더욱 큰 에너지를 방출할 수 있게 된다. 핵융합은 핵분열보다 에너지 효율이 훨씬 높지만, 초고온 환경(약 5,000만℃에서 1억℃)을 만들어야 하므로 기술 난도 역시 상당히 높은 편이다---「본문중에서」


아인슈타인은 이처럼 원시적이고 단순한 시공간 개념을 받아들이지 않았다. 그는 특수 상대성 이론을 통해 공간의 길이가 변할 수 있고, 시간 역시 상대적으로 빨라질 수도, 느려질 수도 있다는 사실을 증명해 냈다. 아인슈타인의 획기적이고 패기 넘치는 주장은 기계론적 자연관에 종말을 선고하고 자연과학사의 위대한 변혁을 이끌었다. 예를 들어 번개가 치는 과정을 한번 살펴보자. 먼저 각각의 구름층 사이의 전압이 다르기 때문에 강력한 전위가 형성된다. 그러면 전위 에너지의 영향으로 서로 다른 구름층 원자의 전자가 원래의 궤도를 이탈해 더 높은 층의 궤도로 올라가고, 이 과정에서 빛을 내게 된다. 전자가 최고층으로 올라가고 원자핵의 제어를 벗어나면 자유 전자가 되고, 이때 다량의 빛을 방출하게 되는데 이것이 바로 우리가 흔히 볼 수 있는 번개다.
---「본문중에서」

슈뢰딩거의 고양이 역설은 수많은 논쟁을 불러일으켰다. 이렇게 한번 생각해 보자. 우리가 눈을 감고 있을 때, 물질세계는 중첩 상태에 놓여있다. 우주에서는 대폭발이 일어날 수도, 일어나지 않을 수도 있고, 운석이 지구에 충돌할 수도, 충돌하지 않을 수도 있으며, 손에 들고 있는 컵은 완벽히 보존될 수도, 산산이 부서질 수도 있다. 그러다 눈을 뜨고 세상을 바라보면 모든 중첩 상태는 즉각 사라지고, 우주는 정상적인 운행 상태를 회복한다.
---「본문중에서」

20세기 초, 사람들은 ‘전자’ 하면 아주 작은 공 모양을 떠올렸다. 이러한 이미지는 객관적이고 실재적인 철학 이념에 부합하는 것이었다. 그러나 양자역학이 등장하면서 전자의 이미지는 조금씩 모호해졌다. 일단 전자는 눈으로 볼 수 있는 작은 공 모양은 확실히 아니다. 그 어떤 기술적인 방법으로도 전자의 실체를 확인하는 건 불가능한데, 그 이유는 원래부터 실체가 없기 때문이다. 그리고 전자는 정확히 묘사할 수 있는 파동도 아니다. 불확정성 원리에 따르면 전자는 어떤 시각에 어느 위치에 정확히 나타날 수 없다(위치 측정이 절대적으로 정확할 때 전자의 운동량은 무한대로 커진다는 것을 결정한다). 이론적으로 전자는 떠다니는 유령처럼 ‘동시’에 어떤 곳에서든 존재할 수 있다.
---「본문중에서」

아주 흥미로운 질문을 하나 던져보겠다. ‘과연 우주에는 끝이 있을까?’ 이 질문에 대한 답은 무조건 둘 중 하나다. 끝이 있거나, 끝이 없거나. 우주에 끝이 있다면, 우주의 끝과 그 밖의 모습은 어떻게 생겼을까? 견고한 시멘트벽으로 되어 있을까? 반대로 우주에 끝이 없다면 0에서 탄생한 우주가 도대체 어떤 과정을 거쳐 무한한 공간이 된 것일까? 많은 사람이 머리를 싸매고 고민하는 동안, 아인슈타인이 한 가지 가능성을 제시했다. 바로 ‘우주는 유한하지만 경계가 없다’는 주장이었다. ‘유한하지만 경계가 없다’는 개념을 이해하기 위해 먼저 뫼비우스의 띠를 한번 살펴보자.