카오스, 카오스 에브리웨어 - 기후변화, 금융위기, 인간을 이해하는 불확실성의 과학
팀 파머 지음, 박병철 옮김 / 디플롯 / 2024년 10월
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'불확실성은 인생의 본질이다. 우리의 삶은 불확실한 것들로 가득 차 있다. 양자역학에 의하면 불확실성은 자연의 기본 단위인 입자의 기본 속성이기도 하다.'

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아이작 뉴턴의 고전 역학에 따르면 속도와 뱡향을 알면 물체의 운동 상태를 예측할 수 있다. 특히 제2법칙인 F=ma에 기반하여 힘이 물체에 어떻게 작용하는지를 알면 미래의 위치와 속도를 알게 된다.

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이처럼 고전 역학은 천체의 궤도를 계산하거나, 물체의 충돌과 같은 다양한 물리적 현상을 설명하는데 사용되어 왔다. 얼마나 쉽고 간단한가. 미래를 예측한다는 것은.

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지금을 명확하게 알면 미래를 정확하게 예측할 수 있다는 것은 꽤 매력적인 일이다. 고전역학에 관해 하나를 더 이야기 하자면 '라플라스의 악마'가 있다. 피에르 시몽 라플라스는 고전 역학에 기반한 철학적 사고 실험을 제안했다. 우주의 모든 입자의 운동과 운동량을 완벽하게 알고 있는 어떤 존재가 있다면, 이 존재는 과거와 미래의 모든 사건을 계산할 수 있게 된다. 이것이 '라플라스의 악마'다.

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라팔라스의 악마는 결정론적 세계관의 상징이다. 모든 초기 조건이 완벽하게 주어진다면 우주의 모든 움직임은 예측 가능하다는 것이다. 그러나 과연 그럴까.

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현대 물리학, 특히 양자역학의 불확정성의 원리 즉 하이젠베르크의 원리처럼 복잡계 이론이 등장하면서 이 개념은 현실적으로 불가능하다고 여겨지고 진다. 실제로 매우 빠르거나 아주 작은 미시 세계에서는 아인슈타인의 상대성 이론이나 양자역학과 같은 새로운 이론이 등장하기 시작한다. 현대 과학의 최대 미스터리 중 하나가 고전 역학과 양자 역학을 통합하는 하나의 통합이론이라는 말처럼, 실제 고전역학의 정확성과 양자역학의 불확실성은 양립하기 어려운 개념으로 세계에 이미 존재한다. 즉 둘은 완전히 반대적 개념이지만 우리는 이 둘이 완전한 조화를 이루는 세계를 살고 있다.

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얼마 전, 구글이 양자컴퓨터라는 개념을 꽤 성공적으로 구현해 냈다는 소식을 전해 들었다. 구글은 '양자 우월성'이라는 획기적인 성과를 발표했는데 기존 컴퓨터로는 수만 년이 걸릴 계산을 단 몇 분 만에 해결했다고 주장했다.

이런 일이 어떻게 가능할까. 이는 양자역학의 특성일 이용한 일 중 하나다. 양자 컴퓨터는 전통적인 이진법(0과 1)을 사용하는 대신 '중첩'과 '얽힘'이라는 양자역학적 특성을 활용한다.

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양자역학에 관한 글을 읽다보면 '중첩'과 '얽힘'이라는 단어를 접하게 된다. 이 개념은 단순히 '활자'로 존재를 이해할 뿐 그것이 구현된다는 것은 당췌 이해하기 어렵다. 그저 나보다 '훨씬 똑똑한 사람들'의 '리그'에서만 존재하는 이야기일 뿐이다. 다만 이 원리를 이용한 양자 컴퓨터가 0도 1도 아닌 중첩과 얽힘의 현상으로 여러 상태를 동시에 계산해냈다. 기존 컴퓨터의 한계를 극복한 이 기계는 '불확실성의 원리'가 실존하고 꽤 우리에게 가까운 미래에 활용할 수 있는 기술이라는 점을 시사했다.

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인간의 심리는 본래 '불확실함'을 견디지 못한다. 오죽하면 어떤 회사의 주식은 소문으로만 무성하던 '악재'가 '기사화'되면서 폭등하기도 한다. '불확실성 해소'가 실제 '악재'를 넘어서면 일어나는 일이다.

이처럼 불확실성은 우리 삶에 꽤 깊은 부분에 침투해 있다. 당장 10년 전 오늘과 가장 비슷한 기후를 찾아 내일의 일기를 예측하는 것처럼 우리 모두는 '확정된 과거'를 통해 '불확정된 미래'를 알고자 한다. 그러나 대부분의 일기 예보가 그렇듯, 그것은 확률로만 존재할 뿐이다.

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요즘의 일기 예보에는 '비가 옵니다' 혹은 '눈이 내립니다'를 말하지 않는다. 그들은 이제 '강우 확률 70%'라는 숫자로 말한다. 이 확률은 꽤나 양자역학과 같다. 강우 확률 70%는 비가 오지 않을 확률인 30%와 동시에 존재한다. 이처럼 중첩 상황이 동시에 등장하는 것은 '슈뢰딩거의 고양이'에서 이미 익숙해져 있다. 상자를 열어 볼 때까지, 고양이는 죽어 있음과 살아 있음의 중첩 상태에 있다가 그것을 확인하는 순간 결정되는 이론 말이다.

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우리가 미래를 바라보는 시선이 이처럼 '양자역학'을 닮은 이유는 자연의 기본 단위인 입자 기본 속성이 불확실성이기 때문이다. 모든 것은 '확률적으로만 존재'한다는 이 이론 때문에 우리는 아이리하게도 크게는 고전역학에 기대고 작게는 양자역하게 기대는 모순적인 상황에 맞이하게 된다. 꽤 그렇다. 우리는 뉴턴이 정의한 고전물리학의 거시세계를 살면서, 닐스 보어가 말하는 양자역학의 원리를 간접 경험한다. 심리적으로 혹은 일기예보를 통해서.

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결국 우리는 공존할 수 없는 이 둘이 내부적, 외부적으로, 미시적, 거시적으로 공존하면서 결국은 코스모스와 카오스가 적절히 섞인 세상을 살아가고 있다.

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도서를 제공받아 작성한 리뷰입니다

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