1998년 미국 로렌스 버클리 국립연구소에 본부를 둔 다국적 연구팀은 놀라운 사실을 공표한다. 초신성 폭발에서 나오는 빛을 관측한 결과 우주의 팽창 속도가 점점 더 빨라지고 있는 것으로 보인다는 것이다.
이같은 가속 팽창은 약 50억년 전의 특정 시점에 시작된 것으로 추정된다. 이로써 우주가 일정한 속도로 팽창하고 있다는 기존 이론은 힘을 잃었다. 우주를 점점 더 빠른 속도로 잡아 늘리고 있는 미지의 힘에는 암흑에너지라는 이름이 붙었다.
우주를 구성하는 재료를 보면 암흑 에너지가 73%, 아직도 정체를 모르는 암흑 물질이 23%, 우리가 아는 일반적 물질이 4%로 추정된다. 현대 우주론이 밝혀낸 놀라운 사실은 우주의 96%가 미지의 물질과 에너지로 구성되어 있다는 사실이다. 암흑에너지가 어떤 종류의 것인지 가늠조차 못하는 것이 인류의 지식 수준이다.
암흑물질도 제대로 이해되지 않는 마찬가지다. 암흑물질이란 우주의 질량 대부분(통상 물질의 약 6배)을 차지하고 있으면서도 빛을 내지 않아 관측되지 않는 물질을 말한다. 그 존재 또한 추정된 것이다. 예컨대 은하나 은하단의 중력은 그 주변을 지나가는 빛을 휘게 만드는데(중력 렌즈 효과) 이를 통해 계산된 질량은 실제 관측된 질량을 크게 넘어선다.
암흑물질은 빛을 스스로 발산하거나 반사하지 않으며 전기나 자기를 띠지도 않으며 통상 입자와 거의 상호작용을 하지 않는다는 속성을 지니고 있다. 움직이는 속도가 상대적으로 느려서 ‘차가운’ 것으로 추정되고 있다. 2007년 발사된 페르미 감마선 우주망원경, 지난 5월 우주정거장에 설치된 알파자기분광계, 그리고 스위스의 거대강입자가속기는 암흑물질 입자의 관측을 주요 목표 중 하나로 삼고있다.
하지만 차가운 암흑물질 이론이 틀렸다는 것을 시사하는 계산결과가 최근 영국 과학 페스티벌에서 발표되면서 주류 과학계가 동요하고 있다. 주로 암흑물질로 구성된 것으로 추정되는 난쟁이 은하들의 분포와 밀도 문제다. 이것이 차가운 암흑물질 이론을 기반으로 한 시뮬레이션한 결과와 들어맞지 않는 것으로 나타난 것이다. 연구결과를 발표한 영국 더럼대의 카를로스 프랭크 교수는 (기존 우주론 모델이 틀렸을 가능성 때문에 ) “요즘 밤잠을 이루지 못하고 있다”고 말했다.
그러고 보면 이론물리학의 표준모형은 우주의 약 4%에 불과한 통상물질에 대해서만 그런대로 설명력을 발휘하고 있는 형국이다. 우주의 대부분을 차지하는 암흑에너지와 암흑물질은 아직 미지의 영역으로 남아있다.