아인슈타인도 놓친 암흑 물질·에너지

우주 팽창시키는 암흑에너지
개념 도입했던 아인슈타인 "최대의 실수"라며 철회
우주는 무엇으로 이루어져 있을까. 현대 과학에서는 우주가 '입자(粒子)'라는 아주 작은 물질로 만들어졌다고 본다. 인간을 비롯한 동식물, 물건들, 땅과 바다, 수많은 별과 은하 등은 모두 입자로 구성돼 있다. 무엇이든 쪼개고 쪼개다 보면 마지막엔 입자가 된다. 하지만 입자로만 우주를 만들 수는 없다. 우리가 눈이나 천체망원경으로 볼 수 있는 모든 물질과 눈에 보이지 않지만 존재하는 것이 확인된 물질을 모두 모아도 우주 전체 질량의 4.9%에 불과하다. 그렇다면 나머지 95.1%는 무엇으로 채워져 있을까. 바로 암흑 물질(Dark Matter)과 암흑 에너지(Dark Energy)이다.

우주 공간의 26.8%를 채우고 있는 암흑 물질은 우주를 만든 '씨앗'이다. 별과 은하는 입자가 뭉쳐져 만들어졌다. 하지만 입자끼리 서로 끌어당기는 '중력(重力)'은 별을 만들 정도로 물질을 뭉치게 하기에는 힘이 부족하다. 입자보다 훨씬 많은 암흑 물질이 중력을 발휘해야 입자가 뭉쳐 별이 될 수 있다.

암흑 물질의 증거는 수많은 은하가 무리지어 있는 '은하단(銀河團)'을 통해서 알 수 있다. 은하단 속에 있는 은하들은 회전 속도나 움직이는 방향이 제각각이다. 하지만 은하들은 오랜 시간이 지나도 은하단의 영역을 벗어나지 않고 일정한 영역을 맴돈다. 은하들을 은하단 밖으로 나가지 못하게 하는 '어떤 힘'이 있다는 것이다. 이 힘도 은하단을 가득 채운 암흑 물질이 만들어내는 중력인 것으로 추정된다.

우주 공간에서 가장 넓은 68.3%를 차지하는 암흑 에너지는 100년 전 아인슈타인의 아이디어에서 시작됐다. 아인슈타인은 일반상대성이론을 만들면서 중력 때문에 고민했다. 끌어당기는 힘인 중력만 있다면 우주는 다시 한 점으로 모여야 한다. 하지만 거꾸로 우주는 팽창하고 있다. 이 문제를 해결하기 위해 아인슈타인은 중력에 대항하는 미지(未知)의 '밀어내는 힘'이라는 개념을 도입했다. 이 힘이 바로 암흑 에너지이다. 천문학자들은 곧 암흑 에너지의 실체를 밝힐 거 대 천체망원경들을 세울 예정이다. 왜 굳이 보이지도 않는 암흑 물질과 암흑 에너지를 찾기 위해 애쓰는 걸까. 우주를 지배하는 암흑 물질과 암흑 에너지의 실체를 밝혀낼 수 있다면 인류는 우주가 어디에서 왔는지 뿐 아니라 우주가 어떻게 종말을 맞을지도 알 수 있다.

'우리는 어디에서 왔고, 어디로 가는가'라는 철학적 질문에 과학적 대답을 할 수 있게 될 것이다.

 조선일보