도서 소개

올해 양자역학 탄생 100년을 맞아, 양자역학 해석의 정론으로 굳건히 자리를 지켜온 ‘코펜하겐 해석’에 도전하고 양자역학을 이해하는 다양한 방법을 소개하는 책 《이게 다 양자역학 때문이야!》가 문학수첩에서 출간되었다.

1925년 양자(quantum)의 운동을 해석하는 수학적 체계가 발표되고 오랜 시간이 흐르는 동안 ‘관측이 일어나는 순간 파동함수가 붕괴된다’는 보어의 붕괴이론이 양자역학의 확고한 해석으로 자리 잡았고 그 밖의 새로운 해석은 모두 배척되었다. 그러나 원자 차원 아주 작은 세상의 작동 원리를 설명하는 과학 이론인 양자역학은 인간 포함 원자로 이루어진 우주 만물의 본질을 들여다보는 렌즈가 될 수 있으며, 그 본질은 렌즈의 종류에 따라 판이하게 다른 모습으로 나타난다.

저자 제레미 해리스는 보어의 이론이 구축한 굳건한 성벽 바깥의 다양한 해석들을 소개한다. 양자역학의 수학적 공식이나 원리 자체를 다루기보다 양자역학을 해석하는 다양한 관점과 철학적 의미에 관해 탐구하는 이 책은 “닥치고 계산이나 해!”라는 윽박지름에 대한 통쾌한 반항이자, 현대물리학이 발견한 아름답고 복잡한 양자 세계를 둘러볼 수 있도록 안내하는 유쾌한 가이드북이다.

  출판사 리뷰

인류 역사상 가장 큰 성공을 거둔 과학 이론을 불경스러운(?) 눈으로 바라보다!
“책을 번역하면서 이렇게 웃어보긴 난생처음이다”(역자 박병철)

올해 양자역학 탄생 100년을 맞아, 양자역학 해석의 정론으로 굳건히 자리를 지켜온 ‘코펜하겐 해석’에 도전하고 양자역학을 이해하는 다양한 방법을 소개하는 책 《이게 다 양자역학 때문이야!》(원제: Quantum Physics Made Me Do It)가 문학수첩에서 출간되었다. 1925년 양자(quantum)의 운동을 해석하는 수학적 체계가 발표되고 오랜 시간이 흐르는 동안 ‘관측이 일어나는 순간 파동함수가 붕괴된다’는 보어의 붕괴이론이 양자역학의 확고한 해석으로 자리 잡았고 그 밖의 새로운 해석은 모두 배척되었다. 누군가가 의문을 표하면 “닥치고 계산이나 해!(Shut up and calculate!)”라는 대답이 돌아올 뿐이었다. 그러나 원자 차원 아주 작은 세상의 작동 원리를 설명하는 과학 이론인 양자역학은 인간 포함 원자로 이루어진 우주 만물의 본질을 들여다보는 렌즈가 될 수 있으며, 그 본질은 렌즈의 종류에 따라 판이하게 다른 모습으로 나타난다.
저자 제레미 해리스는 보어의 이론이 구축한 굳건한 성벽 바깥의 다양한 해석들을 소개한다. 양자역학의 수학적 공식이나 원리 자체를 다루기보다 양자역학을 해석하는 다양한 관점과 철학적 의미에 관해 탐구하는 이 책은 “닥치고 계산이나 해!”라는 윽박지름에 대한 통쾌한 반항이자, 현대물리학이 발견한 아름답고 복잡한 양자 세계를 둘러볼 수 있도록 안내하는 유쾌한 가이드북이다.

양자역학은 왜 죽은 동시에 살아있는 고양이가 있다고 우기는가?
양자역학 100년을 구축해 온 굳건한 성벽에 날리는 통쾌한 펀치

전자(electron)가 시계 방향으로 돌면 자전감지기가 켜지고 권총이 발사되어 고양이는 죽는다. 반시계 방향으로 돌면 자전감지기가 침묵하고 권총이 발사되지 않아 고양이는 살아남는다. 그런데 양자역학에 따르면 전자는 시계 방향과 반시계 방향으로 동시에 돌 수 있다. 그러므로 고양이는 죽었으면서도 살아있다……. 죽은 동시에 살아있는 고양이를 본 사람이 아무도 없는데, 양자역학은 왜 이런 좀비 고양이가 존재한다고 우기는 걸까? 양자역학을 이해하려면 이런 이상한 일이 일어나는 이유를 알아야 한다.
닐스 보어는 ‘관측자가 물리계를 바라보는 순간, 계에 존재했던 여러 상태들이 순식간에 붕괴되고 단 하나의 상태만이 최종 결과로 선택된다’고 주장했다. 하지만 ‘관측’의 기준과 주체 등에 관한 의문에 대해 명확한 답을 하지 않고 우주를 ‘물체가 동시에 여러 곳에 존재할 수 있는 작은 세계’와 ‘이런 현상이 관측되지 않는 큰 세계’로 나눠버렸다. 그리고 이 이론은 향후 양자역학 해석의 주류로 자리 잡는다.

양자역학 초창기에 ‘주류’를 점유한 물리학자들은 “붕괴에 대해 더 이상 묻지 말라”거나 “닥치고 계산이나 하라”면서 골치 아픈 문제를 덮어버렸다. 정작 본인들도 심기가 몹시 불편했지만, 옳은 답만 내놓는 문제투성이 이론을 차마 포기할 수 없었던 것이다. 발등에 떨어진 문제가 언젠가 해결되기를 바라면서 먼 산을 바라보는 것은 지극히 인간적인 행동이다.(163쪽)
물리학자들이 양자역학의 현실적인 해석에 특별히 관심을 갖지 않은 이유는, 인용에서 보듯 양자역학이 “옳은 답만 내놓”았기 때문이다. 즉 이론으로 계산된 값이 실험으로 얻은 데이터와 정확하게 일치했다. 이토록 정확한 이론을 완벽히 설명되지 않는다고 포기할 수는 없었기에, 그리고 양자역학을 해석하는 이론 중 어떤 것이 사실인지 아직은 판별할 수 없었기에, 물리학자들은 지푸라기라도 잡는 심정으로 보어의 애매모호한 설명을 받아들였다.
대학원 물리학 박사과정 중에 인공지능 관련 분야 기업가로 전직한 저자 제레미 해리스는 물리학계의 권위에 도전해도 크게 피해 볼 것이 없는 입장이다. 그런 만큼, 붕괴가 일어나지 않고 모든 가능성이 별개의 우주로 갈라져 나간다는 휴 에버릿 3세의 ‘다중우주 가설’에서, 파동함수가 아무런 이유 없이 그냥 붕괴된다는 ‘그냥붕괴이론’, 데이비드 봄의 ‘유도 파동’, 과학이라기엔 조금 수상쩍은 아미트 고스와미의 ‘우주의식’에 이르기까지 양자역학을 해석하는 다양한 대안을 제시한다. 그리고 ‘각 대안이 사실이라면 이 세상의 도덕적 가치와 법률체계는 어떻게 달라져야 하는가?’라는 질문과 함께 인간의 의식과 자유의지를 양자역학적 관점에서 재조명한다.
가령, 모든 관측 결과가 보이지 않는 변수에 좌우된다는 아인슈타인의 ‘숨은 변수 이론’에 따르면 미래는 무작위적이지 않고 숨은 변수에 의해 결정되어 있다. 그렇다면 그 움직임을 예측 가능한 원자로 이루어져 있는 인간에게 자유의지가 있다고 할 수 있을까? 저자는 그 의문에 대한 답을 유머러스하게 풀어놓는다.

누군가의 행위에 법적 또는 도덕적 책임을 부과하려면, 그는 그 행위를 자유의지로 선택했어야 한다. (…) 자유의지가 존재하지 않는다면, 모든 범죄자는 외부의 어떤 요인으로부터 범죄를 저지르도록 ‘강요받은’ 무고한 사람일 뿐이다. (…) “내 의뢰인이 땅콩 공장에 불을 지른 것은 그의 몸을 구성하는 원자들이 ‘그 외의 다른 행동을 할 수 없도록’ 배열되어 있었기 때문입니다. 그것은 결코 자신의 선택이 아니었습니다. 따라서 제 의뢰인은 방화범이 아니라, 우주의 법칙에 따라 불을 지를 수밖에 없었던 또 한 사람의 피해자입니다!”(129쪽)

그 밖에도 만물에 영혼(의식)이 깃들어 있다고 믿는 애니미즘이 20세기 초에 출현한 양자역학 덕택에 어떻게 다시 주목받게 됐는지를 살피거나, 빅뱅이 일어나고 최초의 세포가 출현할 확률과 함께 페르디난트 대공의 운전기사가 길을 잘못 들고 그것이 제1차 세계대전으로 이어질 가능성이 얼마나 희박한지를 양자적으로 증명하는 등, 간간이 웃음 터지는 유쾌한 지적 유희가 펼쳐진다. 이 책을 읽으면 “룸메이트가 ‘일주일 내내 방 청소를 자신이 도맡아 했던 우주에서 점프해 온 사람’인 척하면서 설거지를 당신에게”(234쪽) 미뤘을 때 평행우주 간 이동이 왜 불가능한지를 알려줄 수 있다.

양자역학을 이해하는 건 곧 세상을 이해하는 것
우주 만물의 근원, 양자역학을 이해하는 다양한 방법을 제시한다

양자 혁명은 세상을 바라보는 관점을 송두리째 바꿔놓았다. 뉴턴의 결정론적 우주뿐만 아니라 인류가 거쳐온 모든 철학 사조가 도마 위에 올려졌고, 이로부터 평행우주, 우주의식, 정신-육체 이원론 등 새로운 우주관이 연달아 탄생했다. 계산으로 얻은 값이 실험 결과와 정확히 일치하는 등 양자역학은 지금까지 인류가 개발한 이론 중 가장 정확한 이론이지만, 살아있으면서 죽은 고양이를 볼 수 없듯이 아직 확실히 증명된 게 없다. 하지만 양자역학을 해석하고자 하는 건 인간의 본질, 더 나아가 우주의 근원을 탐구하는 일이기도 하다.
양자역학은 우주에서 인간이 어떤 위치에 있는가를 고민할 때 많은 정보를 줄 수 있다. 마지막 장에서 저자는 인간과 비슷한 수준의 인공지능의 출현을 앞두고 ‘창조주’로서 인간의 책임을 생각할 때 양자역학이 어떤 역할을 할 수 있는지 이야기한다. ‘기술이 철학을 넘어선’ 지금 시대에, 윤리나 도덕 같은 모호한 분야를 과학기술과 접목해야 할 때 양자역학에서 중요한 아이디어를 얻을 수 있다는 것이다.
책의 시작부터 끝까지 이어지는 저자 특유의 유쾌한 지적 유희를 차근차근 따라가다 보면 ‘세상만사는 양자적 수준에서 일어난 사건의 결과’임을 자연스레 알게 된다. “양자 세계가 상식에서 벗어난 것은 내 책임이 아니”(46쪽)라고 하면서 양자역학을 해석하는 다양한 방법의 장단점을 하나하나 짚어가는 과정은 통쾌하기까지 하다.

해석을 어떻게 하건 양자역학의 철옹성은 절대로 무너지지 않는다. 그러니 아무 걱정 하지 말고 상상의 날개를 활짝 펼치면 된다. 그것도 귀찮다면 저자가 펼친 날개에 올라타기만 해도 된다. 장담하건대, 양자역학을 이토록 재미있게 풀어낸 책은 한동안 찾기 어려울 것이다.(303쪽, ‘옮긴이 후기’에서)

누군가가 “왼쪽으로 돌면서 동시에 오른쪽으로 돈다고? 세상에 그런 게 어디 있냐?”고 따진다면 나는 이런 답을 줄 수밖에 없다. “양자 세계는 그런 말도 안 되는 일이 수시로 일어나는 세계다. 그리고 양자 세계가 상식에서 벗어난 것은 내 책임이 아니다.”

보어의 추종자들은 그의 붕괴이론을 거의 종교처럼 떠받들었기에, 에버릿의 이론을 이단으로 단정하고 물리학의 중앙 무대에 오르지 못하도록 철저하게 차단했다. 오늘날 보어의 이론이 양자역학에 대한 ‘정통적 해석’으로 통용되는 것은, 이견이 제기될 때마다 이와 비슷한 과정을 거쳤기 때문이다. 다행히 보어의 이론에 반기를 들었다가 화형에 처해진 사람은 없지만, 이것도 워낙 손재주가 무딘 이론물리학자들이 불을 피우는 방법을 몰랐기 때문일 수도 있다.

“사람 잘못 보셨어요! 그래요, 어젯밤에 동물원에 몰래 들어가서 라마를 타고 달린 건 맞습니다. 하지만 그 사람은 더 이상 내가 아니라고요. 그 후로 내 몸 안에서 수많은 양자적 사건이 일어났고, 그럴 때마다 다른 버전으로 분리되었으니 같은 사람일 수가 없지요, 이해되셨으면 잠깐 실례 좀 해도 되겠습니까? 어젯밤에 ‘내가 아닌’ 그 녀석이 어찌나 난리를 쳤는지 온몸에서 라마 냄새가 진동을 하네요.”

  작가 소개

지은이 : 제레미 해리스
대학원 박사과정에서 물리학을 공부하다가 졸업 전에 실리콘밸리로 진출하여 인공지능(AI) 벤처회사를 설립한 특이한 경력을 갖고 있다. 박사과정 학생 때 양자역학을 주제로 한 논문 여러 편을 국제 학술지에 게재했고, 첫 회사인 ‘SharpestMinds’는 훗날 인공지능 분야에서 세계 최대의 기술 자문 기업이 되었다(이 회사에서는 학생들이 현장에 채용될 때까지 무료 강습을 제공한다). 그 후 AI 보안 전문 기업인 ‘Goldstone AI’를 공동 창립하여 캐나다, 미국, 영국 정부의 고위 관리 및 보안 담당자들에게 인공지능의 용도와 위험성을 알리는 데 주력해 왔다. 또한 인공지능과 머신러닝, 인류의 미래를 주제로 진행되는 ‘Towards Data Science’의 공식 팟캐스트를 진행하고 있는데, 매달 2,000만 회가 넘는 조회 수를 기록 중이다.

  목차

서론
1장. 토끼굴 속으로
2장. 붕괴되는 의식과 영혼의 물리학
3장. 우주와 하나가 되다
4장. 의식 창조
5장. 의식의 개입 없이 일어나는 붕괴
6장. 양자적 다중우주
7장. 간추린 시간의 역사
8장. 법칙을 깨는 양자역학
9장. 숨은 변수 이론과 물리학의 문제점
10장. 자유분방한 역학
11장. 의식의 미래
감사의 글
옮긴이 후기
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