복사에서 물질로, 물질에서 암흑 에너지로

우주 진화 초기에는 대부분의 에너지를 복사가 지니고 있었다. 그러나 복사는 물질보다 더 빨리 희박해지기 때문에, 결국 물질이 최대 에너지 기여자의 자리를 넘겨받았다. 그러고도 한참 더 시간이 흐르자, 이제는 암흑 에너지가 – 복사와 물질과는 달리 전혀 희박해지지 않으므로 – 우세를 점하게 되었다.

현재의 우주 에너지 구성

그래서 이제 암흑 에너지는 우주의 총 에너지 밀도에서 약 70퍼센트를 차지한다.

에너지 개념의 혁명적 변화

아인슈타인이 상대성 이론을 내놓기 전까지, 사람들은 상대 에너지만을 생각했다. 한 조건과 다른 조건 사이의 에너지 차만을 생각했다는 뜻이다. 그러나 아인슈타인의 이론 덕분에 우리는 에너지의 절대량 자체가 의미가 있으며 그것이 중력을 생성하여 우주를 수축시키거나 팽창시킬 수 있다는 것을 알게 되었다.

암흑 에너지의 진짜 수수께끼

암흑 에너지 최대의 수수께끼는 왜 그것이 존재하느냐가 아니다. 양자 역학과 중력 이론은 그것이 존재해야 한다는 사실을 암시하고, 아인슈타인의 이론은 그것이 물리적 효과를 낸다는 사실을 알려준다. 수수께끼는 왜 그 밀도가 이렇게 낮은가 하는 것이다.

우주 역사에서의 변화하는 역학

물론 암흑 에너지가 온 우주에서 우세한 현재 상황에서는 이것이 별달리 문제로 여겨지지 않을 수도 있다. 하지만 현재 암흑 에너지가 우주의 총 에너지에서 대부분을 차지하기는 해도. 그 영향력이 다른 에너지들의 영향력과 맞먹기 시작한 것은 비교적 최근의 일이었다.

역동적인 우주 구성

우주가 팽창함에 따라 물질과 복사가 엄청나게 희박해진 뒤에야 가능한 일이었던 것이다. 그 전에 암흑 에너지 밀도는 그것보다 훨씬 더 크게 기여하는 복사와 물질에 비해 미미한 수준이었다.

이론과 관측 사이의 거대한 불일치

사전에 답을 아는 처지가 아니었다면, 물리학자들은 아마 암흑 에너지 밀도가 현재보다 무려 120자릿수가 더 큰 수준이어야 한다고 추정했을 것이다. 우주상수가 왜 이렇게 작은가 하는 것은 오랫동안 물리학자들을 당황스럽게 만들고 있는 문제이다.