아인슈타인은 1917년, 일반 상대성 이론을 우주 전체에 적용하면서 ‘우주상수(Λ)’라는 개념을 도입했습니다. 그는 우주가 정적인 상태를 유지하기 위해서는 중력을 상쇄할 어떤 힘이 필요하다고 생각했죠. 하지만 허블이 우주가 팽창하고 있다는 사실을 발견하면서, 아인슈타인은 이를 “내 인생 최대의 실수”라고 불렀습니다. 그러나 현대 우주론에서는 우주상수가 실제로 존재하며, 오히려 우주 가속 팽창을 설명하는 핵심 요소라는 사실이 밝혀졌습니다. 문제는, 이 값이 물리학자들이 예상한 것과 어마어마하게 다르다는 점입니다.

양자역학에 따르면, 진공(아무것도 없는 공간)에도 에너지가 존재합니다. 이를 ‘진공의 영점 에너지’라고 하며, 이 값은 플랑크 단위로 계산하면 엄청난 크기가 됩니다. 그런데 일반 상대성 이론에 따르면, 이 에너지는 중력에 영향을 미쳐 우주를 가속 팽창시키는 역할을 해야 합니다. 즉, 우리가 계산한 대로라면 우주는 폭발적으로 팽창해야 하지만, 실제 우주상수의 값은 이론적으로 예상된 값보다 10⁶⁰배나 작습니다. 이 엄청난 불일치를 ‘우주상수 문제(Cosmological Constant Problem)’라고 합니다.

그렇다면 무엇이 이 차이를 상쇄하고 있을까요? 물리학자들은 여러 가지 가능성을 제시하고 있습니다. 첫째, 어떤 미지의 물리 법칙이 진공 에너지를 자동으로 0에 가깝게 조정하는 메커니즘이 있을 수 있습니다. 둘째, 다중 우주(Multiverse) 이론에 따르면, 우리가 사는 우주는 우연히 작은 우주상수를 가진 영역일 수도 있습니다. 셋째, 우리가 아직 발견하지 못한 새로운 힘이나 입자가 우주상수를 조정하는 역할을 할 수도 있습니다. 하지만 현재까지 확실한 답은 밝혀지지 않았습니다.

이번 연구 주제는 ‘우주상수 문제와 진공 에너지의 상쇄 메커니즘’입니다. 이 문제를 해결하는 것은 단순한 학문적 호기심을 넘어, 우주의 본질을 이해하는 데 필수적입니다. 큐니버시티 연구원 여러분, 우주상수와 양자 진공 에너지의 관계에 대해 깊이 연구하고, 그 결과를 논문으로 출간해 보시기 바랍니다.