비국소성

Einstein's Unfinished Revolution: The Search for What Lies Beyond the Quantum (Paperback)
Lee Smolin / Penguin Group USA / 2020년 4월

비실재론적 양자역학을 실재론적 양자역학으로 만들기 위해 우리가 받아들여야 하는 것이 '비국소성nonlocality'이다. 비국소성이란 아무리 멀리 떨어져 있더라도 양자역학적 '얽힘' 상태에 있는 두 입자는 서로 즉각적으로 영향을 받음을 말한다. 특수상대론으로 인해 우리는 빛의 속도보다 빨리 정보가 전파할 수 없다는 것을 알고 있으므로, '즉각적' 영향이란 참으로 이상한 현상이다. 실재론적 양자역학이란 입자의 성질이 우리가 관측하지 않아도 존재한다는 것을 전제로 하기 때문에, 이 비국소성은 더욱 이상해 보인다. 스몰린 교수는 이러한 비국소성을 공간이 근원적이지 않고 관계로부터 나타난다emergent고 함으로써 해결하고자 한다. 물리학계의 통설에 따르면 공간이 근원적이고 시간이 나타나는 현상이라고 하는데, 스몰린 교수의 주장은 그와는 반대로 시간이 근원적이라고 한다.

현재 당면한 물리학 및 우주론의 문제가 해결될 기미가 잘 보이지 않는 이 때, 이러한 다양한 주장을 심각하게 고민해 볼 필요가 있어 보인다. 그의 주장 중 흥미로운 것은 '복잡한' 얽힘 상태를 기반으로 하는 양자컴퓨터는 가능하지 않을 것이라는 검증가능한 예측이다. '복잡한'이라는 말이 정성적이기는 하지만, 관심 있게 지켜볼 만 하다. 

주류와는 다른 주장을 하는 그의 용기를 존경하지 않을 수 없다. 양자역학에서 측정의 문제와, 실재론적 양자역학을 만들기 위해 어떠한 방향으로 연구가 진행되고 있는지에 대해 관심 있는 분들에게 추천한다.

결국 보어가 틀리고 아인슈타인이 맞았는가? 현재로서는 정답을 알 수 없는 질문이다.

스몰린의 새 책

대부분의 과학자들은 ‘실재론자(realist)’이다. 여기서 의미하는 ‘실재론(realism)’이란 자연—물질세계—가 우리(나)의 존재와는 상관없이 객관적인 실체를 가지고 있다는 주장이다. 즉, 내가 없어져도 세상은 존재한다[1]. 사실, 현대사회를 사는 우리에게 이러한 의미에서의 실재론은 상식이다. 

문제는 이러한 실재론이 미시세계를 기술하는 양자역학에서는 사실이 아닌 것처럼 보인다는 것이다. 양자역학은 관측자와 무관하게 존재하는 객관적 실체가 없다고 말한다. 미시세계에서 물질의 성질은 우리가 무엇을 측정하느냐에 따라 결정되고, 측정 이전에는 결정되어 있지 않은 것처럼 보인다. 적어도 이것이 현재까지 보편적으로 받아들여지는 해석이다. 이론에 해석이 따른다는 말 자체가 양자역학의 난해함을 말해준다. 대부분의 물리학자들은 이러한 해석은 간과한 채, 주어진 방정식을 ‘요리법(recipe)’처럼 사용해서 많은 유용한 결과들을 얻어냈다. 대표적인 예가 우리가 사용하는 수많은 반도체 장치들이다. 양자역학이 없었다면, 현대 생활에 필수적인 스마트폰, 인터넷, 컴퓨터 등이 가능하지 않았을 것이다. 이제는 ‘양자통신’이니 ‘양자암호’니 ‘양자컴퓨터’니 하는 말들까지 나오고 있다. 앞에 ‘양자’가 들어가는 요즘 유행어는 양자역학이 알려주는 미시세계의 성질인 ‘얽힘(entanglement)’을 좀 더 전면적으로 이용하려는 시도이다.  

스몰린의 신간 <Einstein’s Unfinished Revolution>은 지금 주류로 받아들여지는 양자역학의 해석을 ‘반실재론(anti-realism)’이라 부르며, 미시세계에서 실재론의 부활을 시도한다. 그에 따르면 현재 양자역학에 관한 관점은 다음의 몇 가지로 분류할 수 있다.

1. 보어의 코펜하겐 해석. 위에서 언급한 관점이다. 현재 주류로 받아들여진다.

2. 양자역학은 자연에 관한 우리의 지식을 나타낼 뿐이며, 자연의 본질적 성질을 나타내는 것은 아니라는 관점.

3. 조작주의(operationalism)의 관점. 양자역학은 우리가 원자를 측정할 때 일어나는 일을 형식화한 것이다. 원자의 본질적 성질이 무엇인지는 모른다. 

2, 3번은 단순한 실재론의 문제를 넘어서 과학이 실재를 어떻게 기술하느냐의 문제를 포함하고 있다. 위의 관점 모두를 스몰린은 반실재론이라 부른다. 주류인 코펜하겐 해석이 가장 강력한 반실재론이다. 쟁점이 단순히 해석의 문제일 뿐이라면 현실에 유용한 결과를 낳을 리는 없을 것이다. 하지만 스몰린은 현대 물리학이 처한 난제를 근본부터 새로운 접근법으로 타개하자고 주장하는 극소수 중의 하나이다. 그는 실재론을 복원한 새로운 양자역학으로 현재 물리학이 처한 어려움을 해결할 실마리를 얻을 수 있다고 주장한다. 

이 책은 3개 부분으로 나뉘어 있다. 첫 번째 부분은 어떻게 양자역학이 비실재론적 관점을 얻게 되었는지 기술한다. 보어와 하이젠베르크가 주인공이다. 두 번째는 그동안 무시되었던 실재론적 양자역학에 관한 설명이다. 드 브로이, 봄, 그리고 에버렛이 주인공이라고 할 수 있다. 마지막은 기존의 양자역학을 넘어서는 스몰린의 전망이다. 책의 뒤표지에 “현대 물리학의 최고 전문가가 보여주는 양자 이론에 관한 대담한 새 전망[2]”이라고 나와 있는데, 매우 흥미로운 책이 될 것임에 의심의 여지가 없다. 

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[1] 실재론이란 말을 좀 더 엄격하게 사용할 수도 있다. ‘과학적 실재론’이라고도 이야기할 수 있는 이러한 관점은, 과학이 실재(reality, 물질세계)를 있는 그대로 반영한다는 주장이다. 즉, 과학이 기술하는 것은, 인간의 편견(인식)이 반영되지 않은 실재의 진정한 성질이라는 것이다. 그러면 과학이 기술하는 것이 실재의 진정한 성질이 아닐 수도 있나? 과학철학자인 장하석 같은 이는 그렇다고 말한다. 상충되지만 모두 올바른 결과를 주는 두 가지 이론체계의 예를 들면서(예: 뉴턴의 중력이론과 아인슈타인의 일반상대론), 과학이란 단지 ‘실천체계’일 뿐이라고 말한다.

[2] “A daring new vision of quantum theory from one of the leading minds of contemporary physics”를 마구 의역.

창백한 푸른 점

우연히 찾은 칼 세이건의 인터뷰. 얼마나 우아하고 멋진가. 30년 전인 1990년, 세이건은 나사에 요청하여 탐사를 끝내고 태양계를 떠나는 보이저 1호의 카메라를 돌려 지구의 사진을 찍도록 했다. 60억 킬로미터 거리에서, 픽셀 하나보다 작은 크기로 찍힌 지구의 모습이 '창백한 푸른 점pale blue dot'으로 알려진 사진이다. 우주 속 인간과 우리의 소중한 지구의 의미를 알기에 이보다 더 적합한 사진은 없을 것이다. 이후 1994년 세이건은 동명의 책을 펴내 우리의 관심을 촉구했다. 인터뷰는 이 책의 출간 직후 촬영된 것으로 보인다. 

사진의 30주년을 기념하여 나사에서 재출간한 사진. 소프트웨어를 이용하여 지구가 좀 더 잘 보이도록 보정했다.

소득 격차의 해소

시사IN 제670호 : 2020.07.21
시사IN 편집국 지음 / 참언론(잡지) / 2020년 7월

차세대 정치인으로 눈여겨 보고 있는 사람 중 하나가 김경수 경남도지사이다. 시사인에서 그와의 인터뷰를 실었다. '진짜 뉴딜은 [    ]이다' 시리즈의 하나인데, 김경수 도지사는 '격차 해소'라는 답을 내놨다. 소득 격차, 지역 격차, 남북 격차가 경제.사회 구조개혁의 핵심이라는 지적인데, 공감하는 지점이 많이 있다. 특히 소득 격차의 해소가 우선이라고 주장하며, 소득 격차의 예로 정규직과 비정규직의 격차를 들고 있다. 그는 비정규직을 정규직으로 전환하는 것만이 답이 아니며, 비정규직이라도 동일 업무에서는 정규직과 동일한 임금을 받도록 하는 대신, 기업의 부담을 줄이기 위해 고용의 유연성을 보장하는 쪽으로 하는 것이 옳다고 말한다. 

인터뷰 중 일부:

인천국제공항공사에서 비정규직을 정규직화한다고 하자 논란이 거세게 일었다.

  결국 이 격차 구조 때문이다. 비정규직의 정규직화냐 아니냐 논쟁으로 가면 답이 없다. 인천국제공항공사 비정규직의 핵심 문제는 고용안정성과 임금 격차 두 가지다. 이 문제가 해결이 안 나니까 다 정규직으로 전환하는 건데, 사회의 격차 구조는 그대로니까 갈등이 터져 나올 수밖에 없다. 프레임이 잘못됐다. 개별 기업 단위로 고용의 안정성을 다 보장하겠다고 하면 오히려 경직되어서 사회 전체로는 안정성이 떨어진다. 당장 나는 안정화될지 모르지만 우리 아이들은 임시직밖에 자리가 없는 더 불안정한 세상에 내몰린다. 고용의 안정성은 결국 사회 전체가 '총고용의 안정성'을 만들어서 달성해야 한다.

인터뷰 전문: https://www.sisain.co.kr/news/articleView.html?idxno=42430

다윈의 위대함

코스모스 - 가능한 세계들
앤 드루얀 지음, 김명남 옮김 / 사이언스북스 / 2020년 3월

다윈에 관한 책 속 몇 구절.

  다윈의 연구는 인간이 나머지 생물들과는 다르게 창조되어 그들의 관리자로 선택된 생명계의 왕이 아님을 알려주었다. 인간은 오래된 생명의 대가족에서 뒤늦게 등장해 어쩌다 잘 나가게 된 후손일 뿐이었다. 다윈은 자신이 발견한 진실을 한 점 의혹 없이 증명할 수 있을 때까지 기다렸다가 발표했다. 그리고 그는 그 밖에 다른 발견도 해냈다. 그는 만약 모든 생명이 정말로 연관되어 있다면 그 사실에 철학적 의미가 담겨 있으리라는 점을 처음으로 깨우친 사람이기도 했다. 인간이 다른 동물들과 다르게 창조된 것이 아니라면, 당연히 인간과 동물들은 우리가 생각했던 것보다 공통점이 더 많지 않을까? 의식도, ...... 다른 종들과의 관계도, ...... 심지어 감정도?

  다윈은 우주에 인간의 의식이라는 외딴 섬 하나만 있는 것이 아니라 다양한 방식의 생명과 의식이 우리를 둘러싸고 있음을 깨달았다. 그에게 과학은 더 깊은 감정 이입과 겸손을 가져다주는 수단이었다. 그는 동네의 어느 농부가 양을 학대한다는 소문을 듣자마자 하던 연구를 팽개치고 달려가서 시민 체포(citizen's arrest) 권한을 발휘해서 농부를 체포했다. 또 강철 올가미에 걸린 야생 동물이나 마취제 없이 수술당하는 실험 동물의 끔찍한 고통을 사람들에게 알렸다. 그는 과학자에게 해부당하면서도 자신을 고문하는 이의 손을 하염없이 핥는 개의 이미지를 평생 괴롭게 떠올렸다. 그 연민은 우리 종에게도 적용되었다. 그는 동시대를 살아가는 19세기 사람들의 맹점을 알았다. 자서전에서 그는 브라질의 어느 흑인 여성이 노예가 되느니 죽겠다며 절벽에서 뛰어내렸다는 이야기를 전하며, 만약 그 여성이 고대 로마의 부인이었다면 사람들이 전혀 다른 시각으로 그녀를 보았을 테고 그녀의 이름을 자기 딸에게 붙여서 기렸을 것이라고 덧붙였다.

  숲 바닥에 숨겨진 세계를 처음 과학적으로 연구한 것도 다윈이었다. 그는 나무의 뿌리 끝이 일종의 뇌처럼 기능해서 감각 정보를 받아들이고 비록 느리기는 해도 나무가 움직이도록 이끈다는 사실을 알아차렸다. 그는 또 다른 동물들도 우리처럼 즐거움, 고통, 두려움을 느끼는지 알아보고자 그들의 표정을 연구했다. 다윈은 어머니 자연에 깨달음을 간청하는 사람이었다. 그렇게 해서 얻은 과학 지식은 그가 품은 연민의 바탕이었고, 그 연민을 더 높은 수준으로 끌어올리는 근거였다. (263~264 페이지)

별 다섯이 아닌 이유는 간혹(아주 간혹) 과학에 관한 부정확한 기술이 보이기 때문이다. 그럼에도 불구하고, 앤 드리앤의 통찰과 희망의 메시지를 한 번 읽어보기를 권한다.