인류는 오랫동안 우주를 '텅 빈 무대'로 여겨왔다. 별과 은하, 행성이라는 배우들이 연기하는 동안, 그 배경이 되는 공간(Space)은 아무런 저항도, 성질도 없는 완벽한 '진공(Vacuum)'이라고 믿었다.

하지만 이 견고한 믿음에 균열이 생기고 있다. 최근 학계에서는 "우주가 텅 빈 진공이 아니라, 꿀처럼 끈적거리는 '점성 유체(Viscous Fluid)'와 같다면 어떨까?"라는 도발적인 질문이 제기됐다. 이는 단순히 우주의 상태를 묘사하는 수사가 아니다. 현대 우주론이 직면한 최대 난제인 '암흑 에너지'의 오차를 수학적으로 해결하려는 정교한 물리학적 시도다.

흔들리는 우주론의 기둥, '람다(Λ)CDM'

이 가설을 이해하려면 먼저 현대 우주론의 뼈대인 '람다-콜드 다크 매터(ΛCDM)' 모형이 왜 위기를 맞았는지 알아야 한다.

천문학자들은 우주가 가속 팽창하는 이유를 설명하기 위해 '암흑 에너지(Dark Energy)'라는 개념을 도입했다. ΛCDM 모형에서 암흑 에너지는 우주 어디서나, 언제나 일정한 값을 갖는 '우주 상수(Cosmological Constant, 람다·Λ)'로 정의된다. 즉, 우주를 밀어내는 힘이 시간과 공간에 상관없이 불변한다는 전제다.

그러나 최근 관측 기술이 비약적으로 발전하며 이 전제가 흔들리고 있다. 지난해 미국 애리조나의 '다크 에너지 분광기기(DESI)'와 칠레의 관측 데이터는 은하들이 멀어지는 속도가 기존 표준 모형의 예측과 미세하게 어긋난다는 사실을 포착했다. 이는 암흑 에너지가 불변의 상수가 아니라, 시간이 흐름에 따라 그 힘이 약해지거나 변할 수 있다는 '변동성'을 시사한다. 기존 방정식으로는 풀리지 않는 오차, 이른바 '우주론적 불일치'가 발생한 것이다.

공간이 '물'이 아니라 '꿀'이라면?

이 난제를 해결하기 위해 인도 공과대학(IIT) 조드푸르 캠퍼스의 무함마드 굴람 쿠와자 칸 연구원은 최근 논문 사전 공개 사이트 '아카이브(arXiv)'를 통해 "우주 공간 자체를 '점성(Viscosity)'을 가진 유체로 취급하자"는 파격적인 해법을 내놓았다.

점성은 유체가 흐름에 저항하는 성질이다. 맹물은 점성이 낮아 콸콸 흐르지만, 꿀은 점성이 높아 끈적하게 흐른다. 칸 연구원의 주장은 우주 공간이 맹물이 아니라 꿀에 가깝다는 것이다.

물론 우주 공간에 실제 꿀이 차 있다는 뜻은 아니다. 우주가 팽창(신장)할 때, 공간 자체가 팽창을 방해하려는 미세한 '저항(Drag)'을 갖고 있다는 물리적 가정이다. 이 '우주적 저항'을 방정식에 대입하면, DESI가 관측한 암흑 에너지의 이상 징후들이 놀랍도록 정교하게 설명된다. 표준 모형이 풀지 못한 오차를 '공간의 끈적임'이라는 변수 하나로 맞춰낸 셈이다.

진공의 소리, '공간 포논'의 등장

그렇다면 텅 빈 공간에서 어떻게 '끈적임'이 발생할까? 연구진은 이를 설명하기 위해 고체 물리학의 개념인 '포논(Phonons·음향양자)'을 우주 공간으로 확장했다.

물리학에서 포논은 결정(Crystal) 내부 원자들의 집단적인 진동을 입자처럼 취급하는 개념이다. 연구진은 우주 공간(진공)을 일종의 매질로 보고, 우주가 팽창할 때 공간 자체에서 '공간 포논(Spatial Phonons)'이라는 미세한 진동이 발생한다고 가정했다.

비유하자면 이렇다. 고요한 호수(우주)가 갑자기 넓어진다고 상상해 보자. 물이 늘어나면서 내부에서는 출렁거리는 파동(포논)이 생긴다. 이 파동은 물이 매끄럽게 퍼져나가는 것을 방해하며 서로 부딪히고 섞인다(Sloshing). 이 과정에서 발생하는 압력이 바로 팽창을 억제하는 '점성 저항'으로 작용한다.

즉, 암흑 에너지가 우주를 밖으로 밀어내려 할 때, 공간 내부의 포논들이 끈적하게 달라붙으며 그 속도를 미세하게 늦추는 것이다. 이 '밀고 당기는(Push and Pull)' 균형이 우리가 관측하는 우주 팽창 속도의 미세한 변화를 만들어낸다는 것이 이번 가설의 핵심이다.

우주를 바라보는 관점의 전환

만약 이 가설이 동료 검증(Peer Review)을 통과하고 정설로 인정받는다면, 그 파장은 단순히 천문학 교과서를 바꾸는 데 그치지 않는다.

우리가 우주선 궤도를 계산하거나 중력파를 해석할 때 기본값으로 두었던 '저항 0'의 진공 상태가 수정되어야 하기 때문이다. 초정밀 심우주 항법이나 위성 운용 계산에서 그동안 '무시해도 되었던 항(Term)'들이 유의미한 변수로 부상할 수 있다. 우주는 더 이상 텅 빈 무대가 아니라, 그 자체로 물리적 성질을 가진 역동적인 실체로 격상된다.

물론 신중론도 만만치 않다. 라이브 사이언스(Live Science) 등 외신은 "이 점성이 우주의 본질적인 특성인지, 아니면 현재 우리의 측정 장비나 방식이 가진 한계 때문에 나타난 착시인지 아직 불분명하다"고 지적했다.

진실은 곧 밝혀질 전망이다. 유럽우주국(ESA)이 쏘어 올린 '유클리드(Euclid)' 우주망원경과 향후 이어질 DESI의 정밀 데이터가 이 가설의 심판관이 될 것이다.

확실한 것은 하나다. "우주는 비어 있다"는 오랜 상식이 더 이상 자명하지 않다는 점이다. 관측 데이터와 이론 사이의 틈새에서 피어난 이 '끈적한 우주' 가설은, 우리가 광활한 어둠을 이해하는 방식이 근본적으로 바뀌어야 할 때가 왔음을 시사한다. 답은 아직 없다. 하지만 질문의 전제를 의심하는 순간, 과학은 언제나 한 걸음 더 나아갔다.