과학과 기술이 비약적으로 발전하면서 지금은 수천~수만 광년 떨어진 외계 우주도 보는 시대다. 물론 우주가 비약적으로 팽창하고 있고, 발전했다고는 하지만 현재 과학 수준으로 볼 수 있는 우주의 범위는 극히 일부다.

그렇다면 인간이 눈으로 보는 세상은 얼마나 되는 것일까? 우주의 부피를 차치하고 물질로만 따진다면, 인간이 보고 또 지금까지 규명한 물질은 전체의 4%에 불과하다. 최근 존재가 확인되고 질량과 스핀값 등이 밝혀진 힉스입자로 세계 물리학계는 물질을 설명하는 표준모형이 완성됐다고 환호했다. 하지만 이 표준모형으로 설명할 수 있는 부분은 4%뿐이다. 그밖에 인간이 알지 못하는 부분이 전체 우주의 96%를 차지하고 있다.

존재도 몰랐을 뿐더러 눈 이외에 어떤 빛이나 파장으로도 존재를 알 수 없다고 해서 '암흑(Dark)'자를 붙였다. 과학자들은 우주에서 암흑물질(Dark matter)이 22%, 암흑에너지(Dark energy)는 74%를 차지하는 것으로 추정하고 있을 뿐이다. 그나마 암흑물질의 존재를 중력을 통해 확인할 수 있을 것이라고 보고, 여러 연구가 진행 중이다.

지금은 많은 물리학자들이 '암흑물질' 연구에 몰두하고 있지만, 이 개념은 사실 천문분야에서 비롯됐다.

1930년대 스위스 천체학자 프리츠 츠비키(Fritz zwicky, 1898-1974) 박사가 여러 은하의 운동을 통해 질량을 계산한 결과, 실제 보이는 은하의 질량보다 계산값이 월등히 컸다. 결국 우리 눈에 보이지 않는 어떤 물질이 존재한다는 주장을 내놨다.

우리가 알지 못하는 힘의 존재는 1960년대 베라 쿠퍼 루빈(Vera Cooper Rubin) 박사가 은하를 구성한 별들의 회전 속도를 측정하면서 더욱 구체화됐다. 지구가 태양의 주위를 돌 듯, 모든 별들도 은하 중심을 돈다. 중력법칙에 의하면 중심에서 멀어질수록 회전 속도가 떨어져야 되지만, 중심에서 가까운 별들과 멀리 있는 별들의 회전 속도가 거의 같았던 것.

이는 결국 중력을 상쇄시키는 어떤 힘이 존재한다는 가정에 대한 확신이며, 동시에 지금까지 인류가 밝혀낸 것만으로는 설명할 수 없는 의문이 공식화됐음을 의미한다.

이어 1998년 '우주가 가속 팽창한다'는 주장이 나왔다. 과학자들이 최대 밝기가 일정한 초신성의 밝기를 관찰하면서 점점 빨리 어두워진다는 점을 파악했다. 지구로부터 별까지의 거리를 역산하면 점점 빨리 멀어지고 있다는 것이다.

137억 년 전 '빅뱅'으로 우주가 탄생한 후 팽창이 점점 느려지고 있다는 기존 학설을 뒤엎은 발견이다.(사실 허블에 의해 우주가 팽창한다는 사실이 밝혀진 것도 1929년에 불과하다.)

결국 중력이 물체를 잡아당기는 데, 별들이 점점 멀어진다는 의미는 무엇인가 중력에 반하는 힘이 존재한다는 것이다. 이때부터 '미지(未知)의 힘' 암흑에너지 개념이 도입됐다.

이후 과학계는 암흑물질과 암흑에너지 탐구에 열을 올리고 있다. 그 중 하나가 2003년 시작된 허블우주망원경 최대 프로젝트인 우주진화탐사(COSMOS : Cosmic Evolution Survey)다. COSMOS 팀은 2007년 허블우주망원경과 스바루우주망원경을 이용해 은하와 암흑물질의 공간 분포를 비교했고, 은하의 스펙트럼·에너지분포를 파악해 암흑물질의 3차원 분포를 만들어 낸 바 있다.

우주의 절대 부분을 차지하고 있는 암흑세계를 언제쯤 알 수 있을까?