はじめに　目の前にある一杯のコーヒーはどこから来たのか

第１章　物質は何からできているのか
すべてのモノは原子でできている
古代ギリシア「モノは無限に分割できる？」／「原子論」の登場／19世紀　化学反応から原子の存在がわかる／原子の存在を目に見える現象で証明した「ブラウン運動」
原子とは何か
原子はどのくらい小さいのか／原子は「分割できない最小単位」ではなかった／原子の構造を探る／電子が原子核に落ちていかない不思議／電子は雲のようにぼやっと存在している
それ以上分解できない「素粒子」とは
クォークという素粒子／素粒子を見るためのエネルギー／エネルギーと物質の関係
光は物質か？
波長の長さで何が変わるのか
世界をつくる４つの力
自然界の「４つの力」／原子や分子はどのようにくっついているのか

第2章　万物のレパートリー
何が元素の性質を決めているのか
元素周期表を解読する／人工元素はどうやって作っているのか／一瞬しか存在しない元素を作る理由
放射性元素とは何か
星の中で作られる元素は鉄まで？
生命現象を支える炭素の不思議
素粒子の標準模型を解読する
フェルミ粒子「クォーク」／フェルミ粒子「レプトン」／力を伝える４＋１の素粒子「ボース粒子」

第3章　なんだこれは！　不思議な「物質」と「現象」
反粒子とは何か
反物質と出会うと物質は消える
物質がわずかに多かった宇宙
正体不明の物質、ダークマター
ダークマターの候補「WIMP」
宇宙の膨張を加速させるダークエネルギー
アインシュタインが取り入れた「宇宙定数」／結局、宇宙定数とは何なのか？／真空には何があるのか／エネルギー保存則は破れている？
ブラックホールの存在が導かれた理由
ブラックホールに落ちたらどうなるのか／ワームホールで別の時空に行けるか？／物質を吐き出すホワイトホール／ブラックホールは大きくなっていく／ブラックホールの蒸発
物質の瞬間移動は可能か
量子テレポーテーションの仕組み

第４章　物質はどこから来たのか　
宇宙の始まりとビッグバン
昔の宇宙を見る方法
「38万歳の宇宙からの光」で見えてきた謎
ビッグバン理論では説明できない２つの謎／研究の最前線：インフレーションは本当にあったのか？
無からの宇宙創成
不思議な量子トンネル効果／なめらかな宇宙の始まり
素粒子はどのように生まれたのか
初期宇宙に存在していた「場」とは
物質の「始まり」を検討する
100年考えても解けない「量子重力理論」の謎
この世界は「ひも」でできている？

第５章　物質はどこへ行くのか
ダークエネルギーによって変わる「宇宙の未来」
シナリオ１：低温低密度の「ビッグフリーズ」／シナリオ２：ものすごく熱い宇宙「ビッグクランチ」／シナリオ３：時空の切り裂きで終わる「ビッグリップ」／もう一つのシナリオ：宇宙の相転移
すべてが鉄になる未来
陽子崩壊で物質がなくなる
太陽に飲み込まれる！？　地球の未来

第６章　宇宙と物質の追究とこれから　
湯川秀樹から始まった日本の宇宙物理学
ニュートリノ観測に成功したカミオカンデ
加速器からニュートリノを飛ばす
X線照射で物質の構造を見る
期待される宇宙観測
量子コンピュータは宇宙研究に活かされるか
AIと「意識」
意識はどこから来ているのか／量子論と意識
否定できない「シミュレーション仮説」
正しいかどうかわからない理論の評価

おわりに　私たちはどこまでわかるのか