이게 다 양자역학 때문이야 (반양장)

제레미해리스

저자:제레미해리스
대학원박사과정에서물리학을공부하다가졸업전에실리콘밸리로진출하여인공지능(AI)벤처회사를설립한특이한경력을갖고있다.박사과정학생때양자역학을주제로한논문여러편을국제학술지에게재했고,첫회사인‘SharpestMinds’는훗날인공지능분야에서세계최대의기술자문기업이되었다(이회사에서는학생들이현장에채용될때까지무료강습을제공한다).그후AI보안전문기업인‘GoldstoneAI’를공동창립하여캐나다,미국,영국정부의고위관리및보안담당자들에게인공지능의용도와위험성을알리는데주력해왔다.또한인공지능과머신러닝,인류의미래를주제로진행되는‘TowardsDataScience’의공식팟캐스트를진행하고있는데,매달2,000만회가넘는조회수를기록중이다.

역자:박병철
연세대학교물리학과를졸업하고한국과학기술원(KAIST)에서박사학위를받은후근30년간대학에서학생들을가르쳤으며,지금은집필과번역에전념하고있다.2006년에제46회〈한국출판문화상〉을,2016년에제34회〈한국과학기술도서상〉을받았다.옮긴책으로《페르마의마지막정리》,《프린키피아》,《파인만의물리학강의I,Ⅱ》,《평행우주》,《엘러건트유니버스》등100여권이있으며,저서로는어린이과학시리즈《나의첫과학책》과《별이된라이카》등이있다.

서론
1장.토끼굴속으로
2장.붕괴되는의식과영혼의물리학
3장.우주와하나가되다
4장.의식창조
5장.의식의개입없이일어나는붕괴
6장.양자적다중우주
7장.간추린시간의역사
8장.법칙을깨는양자역학
9장.숨은변수이론과물리학의문제점
10장.자유분방한역학
11장.의식의미래
감사의글
옮긴이후기
찾아보기

인류역사상가장큰성공을거둔과학이론을불경스러운(?)눈으로바라보다!
“책을번역하면서이렇게웃어보긴난생처음이다”(역자박병철)

올해양자역학탄생100년을맞아,양자역학해석의정론으로굳건히자리를지켜온‘코펜하겐해석’에도전하고양자역학을이해하는다양한방법을소개하는책《이게다양자역학때문이야!》(원제:QuantumPhysicsMadeMeDoIt)가문학수첩에서출간되었다.1925년양자(quantum)의운동을해석하는수학적체계가발표되고오랜시간이흐르는동안‘관측이일어나는순간파동함수가붕괴된다’는보어의붕괴이론이양자역학의확고한해석으로자리잡았고그밖의새로운해석은모두배척되었다.누군가가의문을표하면“닥치고계산이나해!(Shutupandcalculate!)”라는대답이돌아올뿐이었다.그러나원자차원아주작은세상의작동원리를설명하는과학이론인양자역학은인간포함원자로이루어진우주만물의본질을들여다보는렌즈가될수있으며,그본질은렌즈의종류에따라판이하게다른모습으로나타난다.
저자제레미해리스는보어의이론이구축한굳건한성벽바깥의다양한해석들을소개한다.양자역학의수학적공식이나원리자체를다루기보다양자역학을해석하는다양한관점과철학적의미에관해탐구하는이책은“닥치고계산이나해!”라는윽박지름에대한통쾌한반항이자,현대물리학이발견한아름답고복잡한양자세계를둘러볼수있도록안내하는유쾌한가이드북이다.

양자역학은왜죽은동시에살아있는고양이가있다고우기는가?
양자역학100년을구축해온굳건한성벽에날리는통쾌한펀치

전자(electron)가시계방향으로돌면자전감지기가켜지고권총이발사되어고양이는죽는다.반시계방향으로돌면자전감지기가침묵하고권총이발사되지않아고양이는살아남는다.그런데양자역학에따르면전자는시계방향과반시계방향으로동시에돌수있다.그러므로고양이는죽었으면서도살아있다…….죽은동시에살아있는고양이를본사람이아무도없는데,양자역학은왜이런좀비고양이가존재한다고우기는걸까?양자역학을이해하려면이런이상한일이일어나는이유를알아야한다.
닐스보어는‘관측자가물리계를바라보는순간,계에존재했던여러상태들이순식간에붕괴되고단하나의상태만이최종결과로선택된다’고주장했다.하지만‘관측’의기준과주체등에관한의문에대해명확한답을하지않고우주를‘물체가동시에여러곳에존재할수있는작은세계’와‘이런현상이관측되지않는큰세계’로나눠버렸다.그리고이이론은향후양자역학해석의주류로자리잡는다.

양자역학초창기에‘주류’를점유한물리학자들은“붕괴에대해더이상묻지말라”거나“닥치고계산이나하라”면서골치아픈문제를덮어버렸다.정작본인들도심기가몹시불편했지만,옳은답만내놓는문제투성이이론을차마포기할수없었던것이다.발등에떨어진문제가언젠가해결되기를바라면서먼산을바라보는것은지극히인간적인행동이다.(163쪽)
물리학자들이양자역학의현실적인해석에특별히관심을갖지않은이유는,인용에서보듯양자역학이“옳은답만내놓”았기때문이다.즉이론으로계산된값이실험으로얻은데이터와정확하게일치했다.이토록정확한이론을완벽히설명되지않는다고포기할수는없었기에,그리고양자역학을해석하는이론중어떤것이사실인지아직은판별할수없었기에,물리학자들은지푸라기라도잡는심정으로보어의애매모호한설명을받아들였다.
대학원물리학박사과정중에인공지능관련분야기업가로전직한저자제레미해리스는물리학계의권위에도전해도크게피해볼것이없는입장이다.그런만큼,붕괴가일어나지않고모든가능성이별개의우주로갈라져나간다는휴에버릿3세의‘다중우주가설’에서,파동함수가아무런이유없이그냥붕괴된다는‘그냥붕괴이론’,데이비드봄의‘유도파동’,과학이라기엔조금수상쩍은아미트고스와미의‘우주의식’에이르기까지양자역학을해석하는다양한대안을제시한다.그리고‘각대안이사실이라면이세상의도덕적가치와법률체계는어떻게달라져야하는가?’라는질문과함께인간의의식과자유의지를양자역학적관점에서재조명한다.
가령,모든관측결과가보이지않는변수에좌우된다는아인슈타인의‘숨은변수이론’에따르면미래는무작위적이지않고숨은변수에의해결정되어있다.그렇다면그움직임을예측가능한원자로이루어져있는인간에게자유의지가있다고할수있을까?저자는그의문에대한답을유머러스하게풀어놓는다.

누군가의행위에법적또는도덕적책임을부과하려면,그는그행위를자유의지로선택했어야한다.(…)자유의지가존재하지않는다면,모든범죄자는외부의어떤요인으로부터범죄를저지르도록‘강요받은’무고한사람일뿐이다.(…)“내의뢰인이땅콩공장에불을지른것은그의몸을구성하는원자들이‘그외의다른행동을할수없도록’배열되어있었기때문입니다.그것은결코자신의선택이아니었습니다.따라서제의뢰인은방화범이아니라,우주의법칙에따라불을지를수밖에없었던또한사람의피해자입니다!”(129쪽)

그밖에도만물에영혼(의식)이깃들어있다고믿는애니미즘이20세기초에출현한양자역학덕택에어떻게다시주목받게됐는지를살피거나,빅뱅이일어나고최초의세포가출현할확률과함께페르디난트대공의운전기사가길을잘못들고그것이제1차세계대전으로이어질가능성이얼마나희박한지를양자적으로증명하는등,간간이웃음터지는유쾌한지적유희가펼쳐진다.이책을읽으면“룸메이트가‘일주일내내방청소를자신이도맡아했던우주에서점프해온사람’인척하면서설거지를당신에게”(234쪽)미뤘을때평행우주간이동이왜불가능한지를알려줄수있다.

양자역학을이해하는건곧세상을이해하는것
우주만물의근원,양자역학을이해하는다양한방법을제시한다

양자혁명은세상을바라보는관점을송두리째바꿔놓았다.뉴턴의결정론적우주뿐만아니라인류가거쳐온모든철학사조가도마위에올려졌고,이로부터평행우주,우주의식,정신-육체이원론등새로운우주관이연달아탄생했다.계산으로얻은값이실험결과와정확히일치하는등양자역학은지금까지인류가개발한이론중가장정확한이론이지만,살아있으면서죽은고양이를볼수없듯이아직확실히증명된게없다.하지만양자역학을해석하고자하는건인간의본질,더나아가우주의근원을탐구하는일이기도하다.
양자역학은우주에서인간이어떤위치에있는가를고민할때많은정보를줄수있다.마지막장에서저자는인간과비슷한수준의인공지능의출현을앞두고‘창조주’로서인간의책임을생각할때양자역학이어떤역할을할수있는지이야기한다.‘기술이철학을넘어선’지금시대에,윤리나도덕같은모호한분야를과학기술과접목해야할때양자역학에서중요한아이디어를얻을수있다는것이다.
책의시작부터끝까지이어지는저자특유의유쾌한지적유희를차근차근따라가다보면‘세상만사는양자적수준에서일어난사건의결과’임을자연스레알게된다.“양자세계가상식에서벗어난것은내책임이아니”(46쪽)라고하면서양자역학을해석하는다양한방법의장단점을하나하나짚어가는과정은통쾌하기까지하다.

해석을어떻게하건양자역학의철옹성은절대로무너지지않는다.그러니아무걱정하지말고상상의날개를활짝펼치면된다.그것도귀찮다면저자가펼친날개에올라타기만해도된다.장담하건대,양자역학을이토록재미있게풀어낸책은한동안찾기어려울것이다.(303쪽,‘옮긴이후기’에서)