양자, 정보, 생명

20세기 지성사의 신비롭고도 복잡한 수수께끼,
양자역학의 해석 문제에 관한 실마리를 찾다!

"나는 양자역학을 이해하는 사람은 아무도 없다고 말해도 좋으리라 생각한다." - 리처드 파인만"양자역학은 우리 가운데 누구도 제대로 이해하지 못하지만 우리가 사용할 줄은 아는 무척 신비스럽고 당혹스러운 학문이다." - 머리 겔만

20세기 물리학을 대표하는 두 학자의 이 말은 양자역학이 체계적으로 정리된 1920년대 이후 약 90년에 걸쳐 우리 지성계가 놓인 정황을 잘 말해준다. 양자역학은 구체적 대상들에 활용하는 데 큰 문제가 없을 뿐 아니라 실제로 놀라운 설명력과 예측력을 가지고 있다. 사실 20세기 이후 이루어진 중요한 과학의 성취 가운데 양자역학에 힘입지 않은 것이 거의 없다. 하지만 양자역학을 진정 이해했다고 느끼는 사람들은 많지 않다. 이들은 모두 양자역학을 익히기는 했으나 이를 '알아들을 수 있게' 설명하라고 하면 난감해한다. 심지어 양자역학에 관한 정규 교과조차 집요하게 이해를 추구하는 질문들에 대해 "닥치고 계산해!"라는 식이다.
그렇다면 이러한 현상은 왜 일어나는가? 그 가장 기본적인 원인은 양자역학만이 지닌 독특한 학문적 성격에 있다. 양자역학은 기존의 체계적 학문들이 공유해온 어떤 보편적 관념의 바탕 위에서는 서술하기가 매우 어려운 특이성을 가지고 있어서 우리가 배워 익힐 수는 있으나 납득하기는 쉽지 않은 성격을 가졌다. 이것은 말하자면 몸으로 익힐 수는 있으나 말로는 표현하기 어려운 예능과 흡사한 면이라 할 수 있는데, 이것이 예능의 한 분야가 아니라 가장 엄밀한 과학적 용어들을 통해 표현되는 첨예한 지성의 소산이라는 점에서 당혹스럽기까지 하다. 이처럼 양자역학의 학문적 성공과 달리 이에 대한 이해와 해석 문제는 지성사에서 여전히 하나의 수수께끼로 남아 있다. 그렇다면 그렇게 성공적인 과학이론이 어째서 이렇게 어려운 해석의 문제를 낳는 것일까?


'서울 해석'의 틀을 통해 정보와 생명, 그리고 앎의 의미를 밝히다!

양자역학의 해석 문제는 역사적으로 양자역학이 성공적인 과학이론으로 정착되던 1920~1930년대 이후에 알베르트 아인슈타인과 닐스 보어의 논쟁을 시작으로 본격적으로 제기되었다. 그러나 80여 년이 지난 지금까지도 물리학자들뿐 아니라 철학자들 사이에서 다양한 쟁점들에 대해 어떤 뚜렷한 합의에 이르지 못하고 있는 실정이다.
그동안 이와 관련하여 수많은 해석들의 점철이 있었다. 양자역학의 창시자 가운데 한 사람인 보어가 중심이 된 코펜하겐(Copenhagen) 해석, 아인슈타인의 통계적인 앙상블(ensemble) 해석, 데이비드 봄의 숨은 변수(hidden-variable) 해석, 휴 에버렛 3세 중심의 다세계(many worlds) 해석, 데이비드 앨버트의 여러 마음(many minds) 해석, 요이치 주렉의 결흩어짐(decoherence) 해석, 존 하틀 중심의 정합적 역사 접근(consistent history approach) 해석, 반 프라센의 양상(modal) 해석, 도시 이타카를 중심으로 한 나다니엘 머민의 이타카(Ithaca) 해석, 존 크래머의 교촉적(transactional) 해석 등등. 이런 해석들에서 가장 뜨거운 쟁점이 되었던 것은 바로 실재성 문제와 측정 문제다. 실재성 문제란 양자역학이 자연현상을 설명하는 과정에 확률이 개입하고 대상의 물리량이 불확정적이라면, 양자역학이 물질세계를 있는 그대로 과연 완벽하게 그려낼 수 있겠는가라는 존재론적 문제와 관련되어 있다. 한편 측정 문제는 대상에 대한 측정 과정에서 대상의 상태함수가 붕괴하는 등 기이한 변화가 발생하는 것을 어떻게 정합적으로 해명할 것인가와 관련되어 있다.
우리나라에서도 이 문제들을 놓고 몇몇 과학자와 철학자 들이 1990년경부터 대안적인 관점에서 진지하게 고민해온 해석이 있는데, 바로 '서울 해석'이 그것이다. 이 책은 이 서울 해석에 관한 책이다. 오늘날까지 오랜 기간 국내의 많은 학자들이 참여하여 진지하게 숙의해온 성과들을 한데 모아, 다른 많은 사람들과 적극적으로 공유하고 공론화하기 위한 책인 것이다.
이 책은 이러한 맥락에 따라 크게 두 부분으로 구성되어 있다. 1부는 '양자역학의 해석'이고, 2부는 '정보와 생명'이다. 1부에서는 주로 양자역학의 사물 인식구조에 대한 분석에서 시작하여 양자역학에 대한 서울 해석의 핵심 주장들을 밝히고 이를 정당화하며, 나아가 서울 해석이 기존의 수많은 해석들과 구체적으로 어떤 점에서 어떻게 다른지를 세밀하게 비교·분석한다. 2부에서는 1부에서 언급된 양자역학의 인식구조를 정보의 흐름 관점에서 좀 더 명확히 하고자 우선 대상 사물에 대한 인식 과정에서 정보가 인식주체와 어떤 관계를 갖고 있는지, 정보와 물질의 관계는 무엇인지, 그리고 양자역학 안에서 그동안 강조되었던 정보의 의미와 고전물리학에서 사용되었던 정보 개념들의 특성은 무엇인지를 밝힌다. 그런 다음 정보적 관점에서 복잡계와 생명과의 연관성을 살펴보고, 이를 바탕으로 앎이란 무엇인가를 규명한다. 요컨대 이 책은 우선 양자역학을 통한 보편적인 사물 인식구조를 밝힌 다음, 이를 바탕으로 대상과 인식주체 간의 복잡한 정보 전달 과정이 앎을 어떻게 구성하는지 그 메커니즘을 드러내고, 종국에는 인간과 유사하게 앎이라는 복잡한 정보처리 능력을 갖춘 인공지능 장치를 놓고 생명의 본질에 관한 의미를 살피고 있다.

1부 양자역학의 해석

1장 양자역학을 어떻게 이해할까? / 장회익
2장 서울 해석이란 무엇인가? / 이중원
3장 측정의 문제와 서울 해석 / 김재영
4장 양자역학의 초기 해석 / 이정민
5장 존재론 해석과 봄의 양자운동이론 / 김명석
6장 여러 세계/마음 해석과 서울 해석 / 김재영
7장 측정의 사용과 양상 해석 / 이충형

2부 정보와 생명

8장 정보와 인식주체: '서울 해석' 해석하기 / 이상욱
9장 정보의 개념, 섀넌과 그 이후 / 이정민
10장 정보 개념의 세 원천 / 김명석
11장 물질과 정보 / 최무영
12장 양자역학과 양자정보이론 / 양형진
13장 복잡계 관점에서의 생명 / 최무영·김민수
14장 앎이란 무엇인가? / 장회익

장회익 미국 루이지애나 주립대학교에서 물리학 박사 학위를 받았고, 서울대학교 물리학과 교수로 재직한 후 현재는 서울대학교 명예교수로 있다. 주요 저서로는 『과학과 메타과학』, 『삶과 온생명』, 『온생명과 환경, 공동체적 삶』, 『물질, 생명, 인간』, 『생명을 어떻게 이해할까?』, 『공부 이야기』 등이 있다.