우리가 경험할 수 있는 가장 아름다운 것은 신비함이다. 신비함이야말로 모든 진실한 예술과 과학의 근원이다.
알베르트 아인슈타인, 1879~1955
지난 한 세기 동안 인류는 과학기술의 발전에 힘입어 전례를 찾아볼 수 없을 정도로 지식의 지평선을 넓혀왔다. 우리가 살고 있는 세계를 지탱하고 있는 뿌리와 이파리에 해당하는 극미와 극한의 세상에서 인간은 자신의 한계를 넘어 신의 의지를 엿보는 기쁨을 만끽하는 듯했다.
고전역학은 자연현상들을 놀라울 정도로 정확하게 서술할 뿐 아니라, 그로부터 얻어진 수학적 결과들은 일상적인 경험과 잘 일치한다. 어떤 물체에 힘을 주면 물체의 속도가 빨라지고, 야구공을 세게 던질수록 그것을 받는 사람의 손에 전달되는 충격은 더 커진다. 어떤 물체를 손가락으로 세게 누르면 그 물체는 똑같은 크기의 힘을 손가락에 전달하고, 질량이 큰 물체일수록 중력에 의해 무게도 커진다.
모든 일들이 순조롭게 풀려가면서 19세기 말의 물리학자들은 머지않아 우주의 모든 현상을 설명할 수 있을 거라는 기대감으로 충만했다. 당시 물리학의 여러 분야에서 괄목할 만한 업적을 세운 켈빈 경은 “이제 물리학에 남은 일은 기존 측정값들의 소수점 이하 자릿수를 늘려가는 것뿐이다.”라고 자신 있게 말했다.
그는 물리학에 남은 두 가지 문제, 즉 빛의 특성에 관한 문제와 뜨거운 물체가 내뿜는 복사와 관련된 문제를 짧게 언급한 적이 있다. 그를 비롯한 대다수의 물리학자들은 이것을 지엽적인 문제로 여기면서 빠른 시일 내에 해결될 것으로 믿어 의심치 않았다.
그로부터 채 10년이 지나기도 전에 두 가지 문제는 기존의 물리학을 송두리째 갈아엎는 대혁명의 도화선이 되었다. 첫 번째 문제는 아인슈타인의 상대성이론을 탄생시켰으며, 두 번째 문제는 양자역학이라는 새로운 물리학을 만들면서 시간과 공간, 실체에 관한 고전적 개념을 단숨에 날려버렸다.
이처럼 현대물리학이 두 개의 극단적인 세계로 나아가게 된 배경에는 20세기 들어서 시작된 양자역학과 상대성이론에 힘입은 바가 크다. 양자역학은 분자와 원자를 비롯하여 물질을 구성하는 궁극적인 입자라고 생각되는 쿼크로 이루어진 소립자 세계를 설명해 주는 강력한 도구로써 현대물리학을 이끌어왔다. 아인슈타인의 상대성이론은 별과 은하로 이루어진 방대한 규모의 우주를 향해 인간의 무한한 상상력을 발산시키는 매력적인 모습을 보여 주었다.
