1장에서는 보이지 않는 세계에 대한 지도를 그린 멘델레예프가 소개된다. 보이지 않는 세계의 지도란 원소들의 질서와 배열을 밝혀놓은 주기율표를 말한다. 저자는 멘델레예프가 주기율표를 만든 방법은 다른 과학자들이 시도한 방법과 크게 다르지 않다고 말한다. 하지만 다른 이들이 그 때까지 발견된 원소들이 세상에 존재하는 원소의 전부라고 생각한 반면, 멘델레예프는 그런 고정관념을 버렸다는 게 차이점이다. 멘델레예프는 아직 알려지지 않은 원소들의 특성을 예측했는데 그것은 어김없이 들어맞았다. 쉽게 가열되면서 명반을 만드는 칼륨(1875년), 스칸듐(1879), 게르마늄(1886년)의 성질은 그의 예측과 정확히 일치해 주기율표는 확고부동한 명성을 얻었다. 중요한 것은 멘델레예프가 다른 과학자들과는 달리 실험 한번 하지 않고 주기율표를 완성했다는 사실이다.

이것이 어떻게 가능했을까. 그것은 할로겐겐, 알칼리금속, 알칼리토금속의 특성과 원자량의 패턴을 발견한 초기의 실험에서 중요한 사실을 통찰했기 때문이다. “원자 질량과 원소 사이에는 분명 어떤 관련성이 있다”는 아이디어가 그것이다. 그는 이 아이디어를 기반으로 북쪽에서 남쪽으로는 특성이 비슷한 원소들을 배열하고, 왼쪽에서 오른쪽으로는 점진적으로 복합적인 특성을 나타내는 원소들이 배열됐다. 반응성이 좋은 금속들은 1족으로, 좋지 않은 금속들은 7족으로 분류했는데 이것은 원자량의 ‘주기성’이 원자의 특성이라는 통찰에 기반한 것으로 이에 의하면 어떤 족에 속한 한 원소의 특성을 알아내면 그 족에 속한 나머지 원소들의 특성도 알 수 있는 것이다. 바로 이 패턴의 발견에 멘델레예프의 위대성이 있는 것이다.

2장에서는 발명왕 에디슨이 주인공이다. 에디슨의 전기에 대해서는 워낙 알려진 바가 많다. 저자는 그의 행적을 그의 발명의 역사와 더욱 밀도 깊게 결합시키면서 내용을 전개시킨다. 마치 나뭇가지와 같이 하나의 발명을 통해 다른 발명을 계속 종합하는 기술개발을 원칙으로 삼아 발명의 문어발식 확장을 평생 밀어부친 에디슨은 심지어 다른 사람의 아이디어도 자신의 개발에 필요하다면 주저없이 사용됐다. 백열전등의 아이디어도 에디슨이 최초로 제공한 것이 아니다. 학자들은 적어도 12명의 발명가가 전등을 발명했다고 믿는다. 그럼에도 에디슨을 유일한 전등 발명가로 인정하는 것은 발명과 아이디어를 실행에 옮길 수 있는 방법론을 가지고 있었기 때문이다. 교류와 직류의 전쟁이라 알려진 테슬라와의 대결, 영화 발명의 역사에서 에디슨의 역할 등 흥미로운 내용들이 전개된다.

3장에서는 방사능을 발견한 마리 퀴리다. 저자는 마리 퀴리의 라듐 및 방사능의 발견은 뢴트겐의 X선의 발견과 베크렐의 우라늄 발견에 빚지고 있음을 전제하면서 왜 퀴리가 위대한 지를 역설한다. 저자에 따르면 마리 퀴리만은 동시대 과학자들과는 달리 오류에 빠지지 않았다. 당시 물질이 스스로 빛을 낼 수 있다고 생각한 사람은 아무도 없었다. 하지만 퀴리는 방사능 물질의 광선이 스스로 발생한 것이라고 주장하며 우라늄을 비롯해 플로늄이 이상한 현상을 일으키는 것을 ‘방사성(방사능)’이라 부르자고 제안했다. 엄밀한 의미에서 X선을 포함한 방사선을 발견한 이들은 뢴트겐과 베크렐이지만, 마리 퀴리가 더욱 중요시되는 것은 그녀가 ‘방사능’이란 단어를 제창한 것은 물론 방사선의 원리에 대해 이론적인 토대를 세웠기 때문이다. 순전히 가설에 불과한 원자 구조의 신비가 그녀로부터 밝혀지게 된 것이라고 저자는 강조한다.
“뉴턴 나를 용서하시오. 당신은 가장 고결한 사고와 창조력을 지닌 사람입니다. 하지만 그건 당신의 시대에 국한된 일입니다.” 4장에서 소개되는 아인슈타인의 말이다. 아인슈타인은 만약 우주에 출발점이 없다면, 어떻게 사람들이 우주에 대한 모든 것을 알 수 있는가하는 의문점을 가졌다. 그는 이 해결책으로 어떤 우주의 사건에 관련된 관성좌표계가 있어야 한다고 생각했다. 관성좌표계가 꼭 지구여야 할 필요는 없다. 태양 또는 그 어떤 구역 중에서 가장 편리한 것을 선택하면 된다. 예를 들어 행성의 운동을 기술할 때는 지구 중심의 관성좌표계보다는 태양 중심의 관성좌표계가 훨씬 편하다. 따라서 공간과 시간의 측정은 주어진 관성좌표계에 따라 상대적인 것이 된다는 것이 상대성이론의 출발이다. 저자는 아인슈타인의 천재성이 그의 자유로운 성장 및 학업과정과 연관시키며 재미있게 풀어간다.

5장에서는 대륙이동설의 베게너를 다룬다. 과학사를 보면 수많은 발명이 뒤엉켜 도도한 강물처럼 흘러간다. 이 흐름을 자세히 관찰해보면 유속이 유난히 빨라지는 곳이 있다. 인류의 생각이 더 나아가지 못하고 막혀 있다가 뛰어난 사람이 그걸 뚫어주면서 고인 생각들이 출구를 보고 쏟아지기 때문이다. 그리고 이들이 등장한 시점에서 강물은 거칠게 요동친다. 인간이 동물과 다를 바 없다는 생각을 통해 인간이라는 형이상학에서 빠져나온 다윈의 진화론이 당대의 상식과 격렬한 대결을 벌였듯, 알프레드 베게너의 대륙이동설도 처음 등장했을 당시 무척 경원시되었다. 베게너 이전 사람들은 노아의 홍수로 대륙들이 갈라졌다고 믿고 있었다.

1909년 마르부르크대학의 강사였던 베게너는 어느 날 대학도서관에서 옛날에 브라질과 아프리카 사이에 육교가 있었다는 스크레터의 논문을 발견하고 곧바로 반문했다. “도대체 어떤 육교란 말인가?” 베게너는 육교가 아니라 대륙이 한때 붙어 있었다가 떨어졌다면 보다 합리적인 설명이 될 것이라고 확신하고 자료를 수집하기 시작했다. 그의 가설을 증명할 자료는 많았다. 가든 스네일의 일종인 헬릭스 포마티아 달팽이는 유럽 서부와 북아메리카 동부에만 생존하는데, 어떻게 바다로 서로 떨어져 있는 대륙에 동일한 종이 서식할 수 있는지 설명을 해야 했다. 그런데 이들이 유럽에서 바다를 건너 북아메리카로 갔다고는 도저히 생각할 수 없었다. 베게너는 여기서 모든 대륙이 붙어있는 상태인 초대륙 ‘판게아’를 가정한다.
6장에서는 다루는 플레밍은 때론 믿을 수없는 행운이 천재를 만든다는 점을 보여준다. 1928년 7월, 런던의 세인트메리병원의과대학에서 포도상구균 계통의 화농균을 배양하던 플레밍은 휴가를 떠나기 전에 연구실의 창문을 닫는 것을 깜박 잊는다. 그가 배양하던 포도상구균이 든 배양 접시의 뚜껑이 우연히도 약간 열린 채 방치된다. 그런데 그가 휴가를 떠나고 없는 동안 공중에 날아다니던 푸르스름한 곰팡이균이 방으로 들어와 그 배양 접시에 떨어진다. 휴가에서 돌아온 플레밍은 놀라운 광경을 목격했다. 푸른곰팡이가 떨어진 곳에 있는 세균의 무리가 죽어 버린 모습을 발견한 것이다. 반면에 그 곰팡이에서 멀리 떨어진 곳에 있는 박테리아들은 살아 있었다.

플레밍은 곧바로 곰팡이에 대한 연구에 착수했다. 문제의 곰팡이를 배양하여 새로운 액체배지에 옮기고 다시 1주일이 지난 뒤 남은 배양액을 1천 분의 1까지 희석시켰는데도 이 액체에 포도상구균을 넣자 그 발육이 억제되는 놀라운 사실을 발견했다. 더욱이 중요한 것은 사람의 백혈구에는 아무런 영향을 끼치지 않았다는 점이다. 플레밍에게는 그야말로 엄청난 행운이었던 것이다.

7장에서는 라디오와 영화를 합쳐놓은 것 같은 기계개발에 몰두한 과학자들의 악전고투가 펼쳐진다. 그중 가장 핵심적인 텔레비전의 원리를 발명한 판즈워스가 단연 이 장의 주인공이다. 당시 판즈워스는 세계 최초의 전자식 TV해상관 개발에 몰두했다. 그의 기계는 영상을 독립적인 요소들로 분해한 뒤 각 요소를 한꺼번에 한 줄씩 전기신호로 전환하는 것이다. 그는 세슘을 해상관의 광전 표면에 발랐다. 세슘을 선택한 것은 세슘이 빛에 노출되었을 때 전자를 방출하기 때문이다. TV가 제대로 작동하려면 다른 종류의 음극선관이 필요하다는 것을 파악하고 냉음극선관을 발명했다. 냉음극선관은 일반적인 음극선과는 달리 가열되지 않고도 화면에 전기신호를 투사할 수 있었다.

또한 TV수신기도 만들었는데 그는 이를 ‘이미지오실라이트(Image Oscillite)'라 명명했다. 1927년 투자자인 에버슨이 참석한 자리에서 자신의 발명품을 작동시켰다. 그들은 판즈워스와 가드너가 작동시키는 움직이는 동작을 볼 수 있었다. 한 장소에서 다른 장소로 전송되는 최초의 전자식 TV 영상을 본 것이다. 판즈워스는 자신의 발명품을 설명하면서 간단하게 말했다. “봐요. 전자식 TV가 성공했죠?” 판즈워스의 방법은 앞에서 설명한대로 자기를 전자 빔을 굴절시켜 영상을 한 번에 한 줄씩 전송함으로써 해상도를 높이는 장치를 만든 것이다. 이 원리는 현대의 아날로그 TV에 적용되는 방식 그대로이다.

판즈워스는 최초의 영상에 성공한 당일 연구실 일지에 다음과 같이 적었다. “이번에는 수신된 영상에서 선이 뚜렷하게 보였다.” 투자자인 에버슨은 로스앤젤레스에 있는 동업자인 고렐에게 다음과 같은 전보를 쳤다. “세상에. 그 물건이 작동한다.”

8장은 텔레비전에 이어 인류가 컴퓨터를 갖게 된 과정을 소개한다. 바로 튜링이라는 천재가 이 이야기의 중심에 있다. 컴퓨터란 간단하게 말하여 중앙처리장치, 데이터 채널, 기억장치, 입출력 장치 등으로 구성되어 있는 기계를 말한다. 여기에서 가장 중요한 것은 사람의 두뇌와 비슷한 기억장치로 프로그램이나 수를 기억해 둔다. 컴퓨터가 기능한 한 많이 기억할 수 있고 또 읽는 속도가 빨라질수록 효용성이 높으므로 소형이면서도 기억용량이 높은 컴퓨터를 개발하려는 것도 이 때문이다. 튜링은 인간의 기능을 기계가 분담할 수 있는데 그 당시에 보편화된 자동화기계가 아니라 인간과 같은 두뇌 기능도 기계가 할 수 있다고 생각했다. 그러므로 그는 먼저 인간의 정신과 지능을 생각하고 그 다음에 기계가 행할 수 있는 모든 작업을 생각한 다음 그러한 모든 일을 하나의 기계가 행하려면 어떻게 해야 하는가를 생각했다. 튜링의 기계가 인간의 두뇌 역할을 하기 위해서는 우선 수학적인 체계로 정보를 이해할 수 있어야 한다고 생각했다. 튜링이 고안한 기계는 실제로 조립되어야 할 기계가 아니라 사고 속에서의 기계였다. 튜링은 모든 수학적 작업을 논리적 연산의 작은 원자들로 분해하고 그것을 수행하도록 한다면 인간의 두뇌처럼 움직일 수 있다고 생각했다. 놀랍게도 그는 자신이 생각한 기계를 실제로 만들 수 있다는 것을 깨달았고 그러한 기계를 만드는데 투입했다.

9장에서 과학에 관한 인류의 열정은 레이저의 개발에 이른다. 타운스는 제2차 세계대전이 끝날 때까지 수증기의 파동 흡수문제를 해결하지 못하고 전쟁이 끝나자 벨연구소에서 컬럼비아대학으로 갔다. 그곳에서도 전쟁 중에 해결하지 못한 문제에 타운스는 계속 매달렸는데 어느 날 그에게 아이디어가 떠올랐다. 그것은 과거의 전자회로를 이용하는 방법에서 벗어나 분자 자체를 조작하는 것이다. 이제 문제는 분자를 조작하는 방법을 알아내는 것이다. 다행하게도 그는 마이크로파를 아주 잘 흡수하고 파장에 따라 강력하게 상호작용을 하는 암모니아를 잘 알고 있었다. 그는 암모니아 분자들을 높은 에너지 준위로 격리시킨 다음 적절한 크기의 극초단파 광자로 충격을 주는 데 성공했다. 입사된 광자들은 많지 않았지만 대량의 광자가 나왔다. 즉 입사된 복사가 아주 크게 증폭된 것이다. 즉 고에너지 복사선 빔을 만든 것이다. 드디어 1953년 12월 타운즈는 어느 방향으로든 강력한 마이크로파를 생성할 수 있는 장치를 만드는데 성공했다. 그는 이 과정을 ‘자극 받은 분자의 복사에 의한 극초단파의 증폭’이라는 영어의 약자인 메이저(MASER)라고 불렀다.

하지만 타운스는 레이저의 실용화에 대해서는 관심이 없었다. 그는 단지 분자에 대해 좀더 많은 것을 연구하고 싶은 과학자적인 열정 때문에 파장이 짧은 파동을 만든 것이었다. 하지만 타운스 덕분에 그의 뒤를 이은 많은 과학자들이 레이저를 강한 광의 형태로 만들고, 이를 활용한 외과수술부터 통신용 인공별 만들기까지의 과정을 수행할 수 있었던 것은 의심의 여지가 없는 사실이다.

10장에서는 유전자 연구의 드라마틱한 내부 이야기를 흥미롭게 다루면서 유전자 연구의 이론적인 계보도를 일목요연하게 보여준다. 20세기에 들어와 인간의 삶을 획기적으로 바꾼 두 가지를 꼽으라면 거의 모두 컴퓨터와 유전자 연구를 꼽는다. 그 중에서도 유전자 연구는 인간을 포함한 생명체가 무엇인가를 근본적으로 알려줄 수 있다는 데 큰 의의가 있다. 이와 같이 지구상에 살고 있는 생명체에 대한 기존 상식을 전면적으로 바꾸어주고 있는 유전자 연구는 사실상 영국의 젊은 과학자 제임스 왓슨과 프란시스 크릭이 발견한 DNA 이중나선 구조 규명으로부터 본격적으로 시작되었다고 해도 과언이 아니다. 그들의 DNA 이중나선 구조 발견으로 유전자 분야가 얼마나 발전했는지는 하루가 다를 정도로 새로운 유전 정보가 쏟아져 나오는 것으로도 알 수 있다. 인간 게놈 프로젝트로 인간이 갖고 있는 게놈을 완전하게 분석한다는 것은 유전자 분야의 연구가 얼마나 발전했는가를 단적으로 알 수 있다.

마지막 11장에서는 20세기까지의 인류사에서 마지막 천재로 거론되는 스티븐 호킹의 물리학이 소개된다. 엄밀한 의미에서 타임머신이란 말은 상당히 오래전부터 사람들의 상상력에서 도출되어 알려졌다. 그럼에도 스티븐 호킹을 타임머신의 주인공으로 상정한 것은 타임머신이 만들어 질 수 있는 가능성을 많은 사람들이 고대하고 있었는데 이에 부응하기라도 하듯 타임머신의 이론적 배경을 만들었기 때문이다. 그의 설명은 단순하게 들릴 수도 있다. 간단하게 말한다면 그는 블랙홀이 유입된 정보를 밖으로 내보내지 않기 때문에 타임머신이 가능할 수도 있다는 가능성을 열어 논 장본인이다. 호킹은 일반 사람들의 상식과는 달리 블랙홀은 소모한 에너지만큼 홀쪽해지기도 하며 마침내 증발하기도 한다고 발표했다. 미니 블랙홀이 에너지를 내뿜을 때는 검은색이 아닌 흰색이 될 수도 있다는 것이다. 현재까지의 이론에 의하면 미니 블랙홀이 소멸되면 그 자리에는 빛만 남게 된다. 이것이 유명한 호킹 박사의 증발 이론으로 이 이론에 따르면 웜홀을 통해 시간이동이 가능하며 다른 우주가 있을 수 있다는 상상도 가능하다. 아이러니컬한 일은 스티븐 호킹 개인은 타임머신 제작이 불가능하다고 생각했다는 점이다.