우리가 "빈 공간"이라고 부르던 것
학교에서는 공간이 대부분 비어 있고 별과 은하 사이에는 거대한 진공이 놓여 있다고 배워. 관점 트랙에서 보았던 모습이 여기에도 있어. 자연을 우리가 지각할 수 있는 마디에 맞춰 자른 것이지. 눈에 보이는 것이 없으니 비어 있다고 여긴 거야.
현대 우주론은 그 관점을 완전히 깨뜨렸어. 우리가 빈 공간이라고 부르던 곳에는 암흑물질과 암흑에너지가 있고, 둘을 합치면 우주의 약 95%를 차지해. 별, 가스, 행성처럼 눈에 보이는 모든 물질은 전체의 약 5%에 불과해. 나머지는 보이지 않고 아직 온전히 이해하지 못해.
암흑물질 — 중력으로 붙드는 접착제
은하는 회전해. 눈에 보이는 질량의 중력만으로 계산하면 은하 바깥쪽 별은 우주로 날아가야 하지만 실제로는 그러지 않아. 중력이 은하 규모에서 다르게 작동하거나, 지금은 거의 받아들여지지 않지만, 보이지 않는 질량이 더 많이 있어야 해. 이 보이지 않는 질량을 암흑물질이라고 불러. 우주 전체 질량-에너지의 약 27%를 차지하지. 중력으로 뭉치지만 빛과는 전혀 상호작용하지 않기 때문에 "암흑"이라는 이름이 붙었어. 은하의 회전, 중력 렌즈, 우주 마이크로파 배경(CMB)에서 서로 다른 증거가 나타나. 하지만 어떤 입자로 이루어졌는지는 몰라. 수십 년 동안 탐색하며 많은 후보를 지웠지만 답은 여전히 열려 있어.
암흑에너지 — 빨라지는 우주의 팽창
1990년대의 초신성 관측은 우주의 팽창이 느려지는 것이 아니라 가속하고 있음을 보여 줬어. 무언가가 시간이 갈수록 공간을 더 빠르게 밀어내는 셈이야. 가장 단순한 모형은 이를 공간 자체가 가진 일정한 에너지 밀도인 암흑에너지로 설명해. 우주 전체 질량-에너지의 약 68%를 차지하지. 하지만 정체는 몰라. 가장 유력한 후보는 진공 에너지의 한 형태인 우주론적 상수야. 더 큰 수수께끼도 있어. 양자장이론이 예측한 진공 에너지는 실제 값과 120자리나 어긋나. 물리학에서 가장 깊은 미해결 문제 가운데 하나야.
이 사실이 공간이라는 말에 하는 일
일상에서 공간은 여전히 넓고 비어 있으며 서로를 떼어 놓는다는 옛 뜻을 품고 있어. 하지만 실제 우주는 눈으로 직접 볼 수 없는 것으로 빽빽해. "공간"이라는 분류는 나머지를 보지 못했기 때문에 그은 선이야. 분류는 하나의 관점이지 자연 그 자체가 아니야. 이제 그 관점이 틀렸다는 사실을 알면서도 같은 단어를 계속 써. 언어가 발견보다 뒤늦게 따라오는 모습이지.
여기에서 두 가지 결론이 나와.
- 19세기 후반의 자신만만한 주장인 "물리학은 사실상 완성됐다"가 틀렸던 것은 우주에 있는 것의 95%를 아직 측정하지 못했기 때문이야. 오늘 우리가 측정하지 못하는 것도 비슷한 자리에 있을 가능성이 있어.
- 실재의 구조를 단정하는 주장을 만나면 물어봐. 이 주장은 실재의 어느 만큼을 다루고 있지? 답이 "눈에 보이는 5%"라고 해서 아무것도 아닌 것은 아니지만, 전체에서 아주 작은 부분이라는 사실은 기억해야 해.
규모 트랙을 마치며
빛의 속도에서 시작해 우주의 95%가 보이지 않는다는 사실에서 끝났어. 둘을 잇는 생각은 관점 트랙과 같아. 내 시점은 우주의 닻이 아니야. 우주는 인간의 규모와 시간, 지각에 맞춰 움직이지 않아. 자기 법칙과 규모에 따라 움직이며 그 대부분은 인간의 감각 바깥에 있어.
다음 확률 트랙은 반대쪽 극단으로 내려갈 거야. 뉴턴이 또 다른 이유로 깨지고 양자역학이 넘겨받는 아주 작은 세계지. 이번 트랙이 거대한 우주를 다뤘다면 다음에는 미시 세계의 바탕을 볼 거야. 둘 다 뉴턴이 부딪힌 벽에서 열린 새로운 엔진이야.