미국 연구진이 우주의 가속 팽창을 설명하는 '암흑에너지'의 존재 없이도 현상을 설명할 수 있다는 수학적 증거를 제시해 학계의 관심이 쏠린다.
미국 캘리포니아대 데이비스캠퍼스(UC데이비스) 수학과 연구팀은 국제학술지 '영국왕립학회보 A'에 이 같은 내용의 논문을 발표했다고 27일(현지시간) 밝혔다.
이번 연구는 우주가 빅뱅으로 탄생했다는 '람다-차가운 암흑물질'(Lambda-CDM)로 불리는 표준 우주론 모델에 정면으로 도전한다.
연구 교신저자인 블레이크 템플 UC데이비스 명예교수는 현재의 표준 우주론 모델을 '끝으로 세운 연필'에 비유했다. 모든 힘이 균형을 이루고 있지만, 작은 충격에도 쉽게 쓰러지는 극도로 불안정한 상태라는 것이다.
템플 교수는 "물리학에서 불안정한 해(解)는 자연에서 관찰될 수 없는 것으로 간주된다"며 표준 모델의 근간이 되는 '프리드만 시공간'이 수학적으로 불안정하다고 지적했다.
연구팀은 이러한 불안정성이 암흑에너지라는 가상의 힘을 도입하지 않고도 아인슈타인의 일반 상대성 이론 틀 안에서 우주의 가속 팽창을 설명할 수 있음을 시사한다고 주장했다.
암흑에너지는 약 30년 전 우주가 점점 더 빠르게 팽창하는 현상을 설명하기 위해 도입된 개념이다. 이는 알베르트 아인슈타인이 정적인 우주를 가정하며 도입했다가 스스로 '최대의 실수'라 불렀던 '우주 상수' 개념을 되살린 것이다.
1929년 에드윈 허블이 우주가 팽창한다는 사실을 발견하자 아인슈타인은 우주 상수를 철회했다. 하지만 1990년대 우주의 '가속 팽창'이 관측되면서 암흑에너지와 동일시되는 우주 상수가 다시 표준 이론의 핵심 요소로 자리 잡았다.
연구팀은 자체적으로 고안한 아인슈타인 방정식의 '자기 유사해'를 이용해 표준 모델의 불안정성을 수학적으로 증명했다. 그 결과 우주의 가속 팽창은 암흑에너지 없이도 아인슈타인-오일러 방정식의 직접적인 귀결일 수 있다고 결론 내렸다.
템플 교수는 "이번 연구는 람다-차가운 암흑물질 모델이 일반 상대성 이론의 안정적인 해가 될 수 없음을 보여준다"고 밝혔다.