의식의 양을 재는 파이(Φ), 한 발자국도 들어가지 못한 의식의 신비

의식은 언제 탄생하는가?
마르첼로 마시미니 & 줄리오 토노니 지음, 박인용 옮김 / 한언출판사 / 2019년 2월

2019년에 Templeton Foundation에서 2000만 달러를 걸고 의식의 상반되는 두 이론을 경연을 걸어 누가 더 나은 실증적 예측을 하는지 조사했다. 이 경연은 일명 ‘Cogitate 프로젝트’. 붙은 두 이론은 스타니슬라스 드앤의 ‘전역 신경 작업 이론(GNWT: Global Neuronal Workspace Theory)’과 줄리오 토노니의 ‘통합 정보 이론(IIT: Integrated Information Theory)’이었다. 4년이 지나고 2023년 올해 드디어 결과가 발표되었다는 소식이 들렸는데, 줄리오 토노니의 IIT이 드앤의 GNWT보다 더 좋은 점수를 얻은 모양이다. 

나는 드앤의 GNWT에 대해서 공부해 보거나 들어보진 못했지만, 눈꼽만큼의 조사를 통해 다음과 같이 이해할 수 있었다. 뇌의 전두엽은 감각 입력으로부터 정보를 수집하고 행동의 우선 순위를 매기는 중앙 컴퓨터 역할, 즉 의식에 있어서 아주 중요한 역할을 하므로 전두엽이 중요하다. 나는 토노니의 IIT에 대해서 많이 알지는 못하지만, 적어도 GNWT보다는 완전 눈꼽만큼은 배움이 있다. 자그마치 내가 석사과정생일 때, 그의 논문을 읽어본 적이 있었다. 이 이론은 뇌의 특정 부위(예를 들어, 전두엽)보다는 뇌의 전반적인 연결성과 통합성이 의식을 만드는 데 있어서 중요하다고 말한다.

두 이론은 상반된 특성을 가지고 있기 때문에, 경연을 하고 예측력을 비교해 승패를 가리기 좋은 쌍이라고 생각된다. GNWT는 모듈주의적이다. 전두엽처럼 뇌의 특정 모듈이 중요한 역할을 한다. IIT는 연결주의적이다. 모듈이 중요한 게 아니라 전체적인 통합성과 정보가 어떤 식으로 구성되는지가 중요하다. ‘모듈주의’와 ‘연결주의’라는 인식의 틀로 이 두 복잡하고도 고차원적인 이론의 대결의 함의를 정리하고 축소시키는 게 옳은지에 대해 자신은 없다. 나는 이제 연구자도 전문가도 전공 학생도 아닌, 일개 독서가일 뿐이니까. 그러나 나는 이 주제와 연관된 책들에 대해 몇 개의 서평을 써갈긴 적이 있다. 아래에 몇 개의 글들의 링크를 걸어 본다.

brunch.co.kr/@philsan/106 

brunch.co.kr/@philsan/60 

현재 나에겐 누가 이겼는지에 대해서 큰 관심은 없다. 왜냐하면 분명히 의식의 신비는 고작 두 이론 중 하나만으로 완전하게 설명될 수 있는 주제가 아닐 것이므로. 일단은 IIT에 대해 설명해 놓은 책, 『의식은 언제 탄생하는가?』를 읽어 보았으니 그에 대한 (연구자도 뭣도 아닌) 독서가로서의 나의 감상을 말하려 한다.

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이탈리아 출신 과학자 줄리오 토노니의 통합 정보 이론 (Integrated Information Theory), 일명 IIT는 버전이 있다. 최신 버전은 IIT 4.0이고, 2023년 올해 쓰인 논문을 참조할 수 있다. 이번에 읽었던 책, 『의식은 언제 탄생하는가?』의 이탈리아판 원서 『Nulla Di Più Grande』(2013)는 아마 IIT 2.0 시절에 쓴 책인 걸로 보여진다. 책이 쓰이고 1년 후인 2014년에 3.0 버전이 나왔는데, 이후 2018년에 『Sizing up Consciousness』라는 영어 번역본 안에 3.0의 내용이 포함되었을 수도 있다. IIT 버전 1.0도 있었을 테지만, 그건 너무나 오래 전이라 그것이 언제 발흥되었는지에 대한 정보는 얻기 힘들다. 버전이 1.0인 시절에 이론 이름에 ‘1.0’이라는 명명을 하지 않았을 테니 검색도 잘 안 된다. 그것은 내가 대학원생으로서 논문으로 읽었던 시절의 버전일 테다. 여튼 대략 2010년 이전의 모든 IIT는 모두 1.0 버전이겠다.

이게 다 뭐냐면, 한낱 독서가로서 이 IIT의 진면모를 습득하고 파악하기는 너무나 험난하다는 핑계에 대한 빌드업이다. 사실 과학 서적으로서는 꽤 얇은 『의식은 언제 탄생하는가?』로 IIT의 진면목을 파악하기엔 조금 부족하다고 느껴지는데, 그 책엔 가장 중요하고 필요할 내용인 의식의 양 지수 파이(Φ)를 계산하는 방법이 들어있지 않기 때문이다. 스스로 ‘연구자’가 아닌 ‘독서가’임을 스스로 컨셉화하고 있음에도 불구하고 그 이론의 면모를 자세히 살펴보기 위해서는 논문을 참조해 볼 수밖에 없는 상황이었다. 그래서 나는 2.0부터 4.0까지의 모든 논문을 ‘펼쳐’는 보았다. 하지만 그 이론에 대한 방대한 수식과 부가적인 설명들을 이해하기에는 시간도, 노력도 부족함을 인정할 수밖에 없었다.

핑계처럼 들리겠지만, 이건 온전히 내 실력이 부족한 탓만은 아니다. 텍사스 대학교의 컴퓨터과학 교수 스콧 아론슨 또한 IIT의 복잡하고 단순하게 정리되지 않는, 너무나 방대한 이론의 설명에 약간의 불만을 제기하기도 했다.

IIT에 관한 문헌은 블로그 게시물에서 정의하기에는 너무 방대하다. 놀랍게도, “1차” 문헌 외에도  “2차” 문헌도 있는데, 그것 또한 IIT의 의식에 대한 추가적인 추측을 취급하는 확립된 기반이다. (...) 이 주장을 정당화하려면 먼저 Φ를 정의해야 한다. 놀랍게도 Φ에 관한 대규모 문헌에도 불구하고 나는 그것에 대한 명확한 수학적 정의, 즉 공식을 나열했을 뿐만 아니라 공식이 말하는 구조를 완전히 정의하는 정의를 찾는 데 어려움을 겪었다. 문제를 더욱 복잡하게 만드는 것은 문헌에 ΦDM(이산 기억 없는), ΦE(경험적인), ΦAR(자기 회귀) 등 서로 다른 상황에 적용되는 여러 경쟁적인 정의가 있다는 점이다.

나는 이 타이밍에 이론이 복잡하다면 좋은 이론이 아니라는 “오컴의 면도날” 카드를 만지작거린다. 하지만 아직은 때가 아니다. IIT라는 이론이 아직은 미완성 단계이기 때문에, 내가 이해하지 못하는 그 엄청나게 복잡하고 방대한 수식 사이에 미래에 발견될 보석과도 같이 대칭적으로 잘 커팅될, 아름답고 심플한 ‘의식의 신비’가 숨어 있을 지도 모른다. IIT 4.0은 아직도 버전 넘버가 많이 부족할 지도 모른다.

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그러므로 나는, IIT의 핵심인 의식의 양 지수 파이(Φ) 계산에 대해 아주 성글고 두루뭉술한, 거의 비유에 가까운 설명으로 이해하려고 한다.  『의식은 언제 탄생하는가?』의 설명을 참조하면, 의식은 정보의 통합에 대한 양과 함께 실현되지 않은 가능성의 다양함에 대한 양의 복합적 지수이다. 즉, ‘정보의 통합’과 ‘가능한 조합의 다양성’을 동시에 수치로 나타내는 양이다. 아래 그림은 책에 실린 그림 5-3이다.

그림 5-3. A. 정보 연결 통합성이 낮은 경우. B. 가능한 조합의 다양성이 낮은 경우. C. 정보 연결 통합성과 가능한 조합의 다양성이 동시에 높은 경우.

우선 그림의 A를 보자. 이 그림은 정보의 연결이 네 모듈로 쪼개져 있으며, 그 때문에 통합성이 낮다. 그림 B는 이와는 반대로 모든 정보의 가능한 연결이 전부 이어져 있으며, 정보의 통합성은 극도로 높다. 하지만 그로 인해 조합의 다양성이 감소되는 일을 겪었다. 그렇게 해서, 모든 가능한 연결을 모두 잇지 않은, 듬성듬성한 연결성만을 가진, 적절히 통합되고 적절히 다양한 가능성을 내포한 그림 C야말로 IIT에서 계산하는 의식의 양 지수 파이(Φ)가 가장 높다.

나에게 이 파이(Φ)에 대한 계산법은, 중고등학교 수학 시간에 배웠던 ‘조합에 대한 경우의 수’라는 아주 단순한 계산처럼도 느껴졌다. 예를 들어, “열 명의 사람 중 몇 명을 선출할 때, 그 경우의 수가 가장 많아지겠는가?”라는 질문을 생각해 보라. 정답은 5명이다(₁₀C₅=252). 열 명 중 한 명을 뽑는 것은(₁₀C₁=10) 열 명 중 아홉 명을 뽑는 경우의 수와 동일하며(₁₀C₉=10), 경우의 수를 최대한 다양하게 하려면 너무 많지도, 너무 적지도 않은 중간 수치를 골라야 한다. (이 설명은 단지 비유적인 의미로만 받아들이자. 실제 계산법은 논문을 참고해 보았을 때 굉장히 방대하고 복잡하다.)

사실 IIT에서 기술하는 파이(Φ)에 대한 정의는 좀 복잡하게 들린다. 왜냐하면 두 가지의 양을 복합해 정의에 이용하고 있기 때문이다. 그것은 '정보의 통합에 대한 양'과, '실현되지 않은 가능성의 다양함에 대한 양'이다. 나는 이런 정의가 좀 만족스럽지 않다고 생각하여, 조합 경우의 수 계산을 비유하여 파이(Φ)의 더 간단하고 단일한 정의를 내 맘대로 만들어 보려고 한다. 조합 경우의 수 계산을 볼 때, 한 명을 뽑는 것과 아홉 명을 뽑는 것은 의미적으로 큰 차이가 있음에도 불구하고 그 본질은 같다. 왜냐하면 아홉 명을 뽑은 경우는, 단지 '뽑히지 않을 한 명을 뽑는 것'과 같기 때문이다. (그래서 계산 또한 같다.) 조합 경우의 수와는 다르게, 파이(Φ) 값은 두 방향의 극값에 대한 의미가 서로 다르다. ('정보의 통합에 대한 양'과, '실현되지 않은 가능성의 다양함에 대한 양') 그러나 나는 그것이 본질적으로 큰 차이를 발생시킨다고 느껴지지 않는다. 너무 많은 정보의 연결 또한 너무 적은 정보 연결과 비슷한 상태처럼 취급하고 싶다. 두 가지 상태의 공통적인 특성으로 이렇게 말할 수 있지 않을까? '단순함'.

그렇다면, 반대로 파이(Φ) 값이 최대가 되는 상태의 특성을 두 단어가 아닌 한 단어로, '복잡함'이라고 말할 수 있겠다. 좋다. 의식은 '복잡'하다. 그것은 일리가 있다. 우리의 뇌는 복잡하며, 또한 그렇기 때문에 의식이 있다. 온도조절기나 8비트 컴퓨터와 같은 단순한 시스템은 단순해 보이며, 그래서 의식이 없는 것처럼 보인다. 그러나 이런 시스템에서도 의식의 양 파이(Φ)를 계산해볼 수는 있을 것이다. 온도조절기의 파이(Φ)는 어쩌면, 완전히 0은 아닐 지도 모른다. (내가 모르는 계산법에 따르면 아마도 그럴 것이다) 엥? 그렇다면, 온도조절기에도 양의 값을 가지는 의식이 있을 수도 있다는 얘기인가? 그렇다. 철학자 대니얼 데넷에 의하면, 온도조절기가 아주 단순한 계산을 수행하긴 하지만 그것에도 아주 단순한, 우리가 의식이라고 정의내리지도 못할 만큼 단순한 의식이 내재되어 있을 수도 있다. 그와는 반대로, 우리의 뇌나 어쩌면 ChatGPT 4.0에는, 온도조절기의 하찮은 의식의 양 파이(Φ)와는 비교조차 불가능할 정도로 어마어마한 파이(Φ) 값이 계산될 것이고 거기에는 의식이 깃들어 있음이 분명하다. 나는 이런 식의 접근이 의미있다고 생각하며 IIT에 찬성표 한 표를 던진다.

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하지만...나는 이걸로 모든 것이 다 아름답게 끝났으리라고 보진 않는다. 의식은 복잡하다. 그리고 그 수치는 측정 가능하다. 하지만, 어떤 복잡한 시스템이 그 복잡함 자체로 인해 의식의 소유를 담보하는지에 대해선 확실하지 않다. 다시 말해, 그 조건은 필요충분하지 않을 수 있다. IIT의 파이(Φ) 계산이 우리의 뇌 수준으로 산출죄도록 '일부러' 설계한 인공 시스템을 생각해 보자. 여기엔 의식이 있을까? 위에서도 언급한 컴퓨터과학자 스콧 아론슨은 그의 블로그 글에서, 일부러 파이(Φ) 값이 높게 나올 수밖에 없는 어떤 수학 행렬에 대해 소개했다. 당연히 행렬엔 의식이 없다. 그것은 단지 종이에 쓰여지거나, 디지털 저장소에 가만히 잠자고 있는 것이기 때문이다. 즉 의식은 복잡하지만, 복잡하다고 모두 의식을 가지는 건 아니다.(어쩌면, 스콧 아론슨은 그 행렬에서 의식을 가지기에 꼭 필요한 것을 놓쳤을 수 있다. 그것은 '시간'일지도 모른다. 우리의 뇌 스냅샷이 의식을 가지지 않고 오직 시간이 흐르는 뇌만이 의식을 가지듯이, 행렬도 시간이 흐르면 의식을 가지게 될 수도? 그렇다면, '행렬은 종이에 쓰여져 있기 때문에 의식을 가지지 않는다'는 반론은 불합리하다. 행렬이 시간-의존적인 함수로 재정의된다면 그 행렬은 의식을 가질 수도 있다. 일단 이 이상한 아론슨-행렬에 대해서는 이정도만 생각해 보고 넘어가자.)

예상되는 반론 두 가지를 제시해 보겠다. 그중 하나를 "거창한 반론"이라고 칭하겠다.

거창한 반론: IIT의 방식으로 정의된 값 파이(Φ)는 그냥 단순한 복잡함을 나타내는 지표가 아니다. 그것은 어떤 시스템의 복잡성이 의식의 특성을 나타내는 데 꼭 필요한 방식으로 정의된 복잡함의 지표이다. 파이와 다르게 정의된 복잡성 지수가 있다면, 그 지수는 파이 지수에 비해 시스템이 의식을 가졌다거나 덜 가졌다거나 하는 식의 정보를 주지 못할 것이다. 오직 파이 값만이 그런 의식에 대한 정보를 정확이 측정한다. 그러므로 파이가 높다면, 거기엔 반드시 의식이 있다. 의식이란, 바로 파이 값이 높다는 것으로 필요충분하게 정의되는 것이다.

이 반론은 마치 범심론처럼 들린다. 우주와 자연의 곳곳에 신이 존재하듯이, 아니 그것이야말로 신이라는 정의이듯이, 파이 값이 높다면 그것이야말로 의식이다. 이러한 주장에 따르면, 우리는 우리가 원래대로라면 의식으로 생각하지 않았던 모든 시스템들, 온도조절기, 8-bit 컴퓨터, 시간-의존적 아론슨 행렬, (안에서 입자들을 주고받는) 은하계 등에 모두 작거나 큰 의식들이 있다고 보아야 한다. 나 또한 이런 관점을 꽤 흥미로워하며 지지를 보내고 싶다. 하지만...정말로 이런 게 괜찮을까? 온도조절기의 파이가 1이고, 8-bit 컴퓨터의 파이가 100이고, 우리 뇌의 파이가 1억이라면, 정말로 온도조절기엔 우리보다 1억분의 1만큼의 의식이 존재한다는 건가?8-bit 컴퓨터는 정말로 온도조절기보다 백 배나 뛰어난 의식이 있는가? 이런 의식에 대한 정의가 정말로 의식의 신비를 탐구하는 우리를 만족시키는가? 우리는 의식이 인간과 동물 (개, 고양이, 소, 어쩌면 문어 정도, 아주 작게는 곤충)만이 가지고 있는 의식, 컴퓨터에 탑재될 의식의 설계도, 그리고 진짜로 있을지 없을지 모를 외계인의 의식만을 연구하고 싶었다. 온도조절기의 의식은...솔직히 그다지 알 필요가 없는 논외의 주제처럼 들린다. 모든 것을 의식으로 정의하는 건 우리에게 큰 도움이 안 된다.

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두 번째는 소박한 반론이라고 이름 붙였다. 사실 줄리오 토노니의 입장은 이보다는 '거창한 반론' 쪽에 가깝지만, 그래도 이런 식의 주장이 존재할 수 있다고 난 본다.

소박한 반론: IIT의 파이는 의식을 정의하기 위한 게 아니다. 단지 인간과 동물들, 개, 고양이, 소, 어쩌면 문어, 아주 작게는 곤충 들과 같이, 또 우리가 컴퓨터에 탑재하고 싶어하는 의식의 설계도, 의식이 있을지 없을지에 대해 궁금한 시스템들에 있어서, 그 정량적 수치와 비율, 크기의 대소 비교를 산출하는 실용적인 용도로 쓰이도록 만들어졌을 뿐이다. 온도조절기에 파이 값을 산출하는 등 우리의 상식 선에 정해진 테두리 바깥으로 그 잣대를 들이대는 건 허용된 행위가 아니다.

이 반론은 하는 말은 너무나 옳고 반박 불가능하다. IIT의 목적이 바로 이 정도로 소박하다면, 이 이론은 실용주의적으로 위대하다. 이 이론은 대뇌와 소뇌의 의식의 유무를 계산해 내었고, 식물인간과 의식이 있는 무슨 환자의 차이점도 예측해 냈다. 하지만, 소박한 건 소박한 대로 문제가 있다. 의식이 있을 법한 시스템에만 제한적으로 쓴다 하는 것은, 우리가 이미 어떤 시스템에는 의식이 존재할 것이라는 사실을 예견하는 능력이 있음을 뜻한다. 그렇다면, 파이의 목적은 소박해도 너무 소박하다. 이 이론은 의식의 신비(의식의 어려운 문제, 즉 감각질 문제)에 대해 한 발짝도 들어가보지 못하는 와중에, 우리가 통밥으로 대강 맞추는 의식의 있고 없음에 대해 엄청 어렵고 방대한 계산을 하여 우리에게 약간의 확신만을 더해 주는 역할만을 한다. 이 이론은 의식을 만들어 내는 특수한 설계의 인공지능 설계도를 제작하지 못하고, 단지 무작정 시스템의 파이 값만 키워서 거기에 요행히 의식이 깃들길만을 바라야 한다. 이 이론은 그렇게 설계된 인공지능이 의식적 존재임을 보이는 수많은 증거에도 불구하고, 인공지능이 인간의 뇌와 특성 면에서 꽤 다른 면모를 보이기 때문에 인공지능에 파이 계산법을 적용해 의식의 존재 검증을 수행하는 게 맞는지 영원히 확신할 수가 없다 (물론 파이-범심론에 따라, 파이만 무조건 키우면 의식이 있다고 주장할 수는 있다. 지금 논의하고 있는 입장은 파이-범심론이 배제된 소박한 반론이다.)

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그럼애도 불구하고 내가 IIT를 지지하는 이유가 있다. 우선, 내가 IIT를 반대한다 할지라도 현재 그 이상으로 더 낫게 의식을 설명하는 이론이 없다. (IIT가 그나마 낫다는 게 아니라, 전부 형편없을 정도로 못한다) 둘째로, 딥 러닝 인공지능의 급격한 발전을 볼때, 모듈주의와의 기계적인 중립 위치보다는 연결주의 쪽으로 더 치우친 의식 이론이 더 나아 보인다.

우리는 딥 러닝 방법론과 그를 통해 탄생한 인공지능, ChatGPT의 그 놀라운 성능을 보고 있다. 우리는 어쩌면 의식을 담는 인공지능의 탄생 바로 초입에 다다른 것처럼 느껴진다. 하지만 ChatGPT의 설계도엔 우리의 뇌가 가진 것같은 모듈--전두엽, 해마, 운동중추, 언어피질--이 없다. 거기엔 무식하게 때려넣은 뉴런과 시냅스, 그리고 방대한 학습량 뿐이다. 그러므로 지능이란, 모듈이 없어도 잘 작동한다. 의식 또한 그럴 지 모른다. 우리는 ChatGPT를 바라보며 마치 범심론처럼, 특별한 설계 없이도 의식이 짠 하고 나타날 지도 모른다는 가능성에 큰 개연성을 가지게 되었다.

그러므로 IIT의 창시자 줄리오 토노니는, 오컴의 면도날에 입각해 나 같은 아마추어 독서가도 이해하기 어렵지 않을 정도로 잘 다듬어진 의식의 양 파이 계산 방정식을 내놓아야 할 것이다.

성경과 역사학과 지질학과 지구물리학, 역사에 대한 과학

지구의 깊은 역사 - 지구의 기원을 찾아가는 장대한 모험
마틴 러드윅 지음, 김준수 옮김 / 동아시아 / 2021년 8월

우리는 지구에 대해 많은 지식을 알고 있다. 지구의 나이는 45억 몇천만 년이고, 지구의 지각은 맨틀을 둥둥 떠 다니는 판으로 이루어져 있고, 그 판들의 충돌로 산맥이 생기고 지진이 일어나고, 땅에는 퇴적이 일어나고, 지층이 쌓이는 순서에 따라 지구의 표면에 살았었던 과거의 생물들의 화석이 발견되고, 그 퇴적암의 방사선 연대측정을 통해 실제 지층이 퇴적된 연대를 측정하고, 지층에 녹아 있는 물질을 통해 기후와 온도와 이산화탄소 농도와 심지어 소행성의 충돌 연대까지 추정 가능하다.

누군가는 “우리는 아직 아는 것보다 모르는 것이 더 많다”고 하겠지만, (이 수사는 과학자가 아닌 사람의 입을 통해 나오면, 종종 과학을 통한 앎의 보잘것 없음을 까내릴 때 사용되곤 한다. 그리고 이어지는 얘기란, 종교와 영혼과 인간의 마음에 대한 한 줌의 주관적 성찰들 뿐이다), 이만하면 우리는 지구에 대해 정말 많은 것을 알게 된 셈이다. 21세기 초 현 시대 인류가 누적적으로 알게 된 성취다. 과학 혁명 이후의 폭발적인 ‘앎의 증가’를 현재 시점으로부터 역산해보았을 때, 이전의 인류는 지구에 대해 정말 아는 것이 없었다고 봐도 무방해 보인다. 그들이 아는 것은 ‘지구는 7일 만에 창조’되었고, ‘대홍수로 인해 생명체가 거의 절멸할 뻔했’다는, 완전히 틀린 사실들 뿐이었다. 21세기 초에 사는 인류는, 비록 러시아와 중국의 패권 팽창과 지구온난화의 위협과 저출산과 국가소멸의 위협에서 자유롭지 않은 인간들이지만, 적어도 지구의 역사에 대한 앎에 있어서  꽤 만족스러운 발전을 했다. 우리는 거만하게 과거인들에 대해 이런 관점을 가진다. “아니, 우리가 딛고 사는 보금자리, 지구에 대해 아는 게 그렇게 없었다고? 천지창조? 대홍수? 그런 신화적인 얘기를 진지하게 믿었다는 거야?”

이 책, 마틴 러드윅의 ’지구의 깊은 역사‘는 지구의 역사에 대한 역사책이다. 역사에 대한 역사? 이게 무슨 말인고 하니, 지구 역사에 관한 인류의 관점 변화를 역사적으로 보여주는 책이라는 말이다. 그러니까, 기독교 성경의 창세기를 참조했던 오래 전 시절에 지구의 과거를 곧 인간의 역사와 동일한 관점과 방법론으로 조사했던 시절이 있었다. 그런데 이후로 지층과 화석을 연구해 지구가 사실은 그들이 상상했던 것보다도 훨씬 광대한 시간의 과거에 생성되었고, 그 충격적으로 길고 긴 역사에서 인간은 (창세기의 상상력보다도 훨씬 길고 삶이었지만 그것마저 전체 지구의 역사에 비하면) 보잘 것 없는 역사임이 밝혀진다. 이후로도 인류는 방사능 연대측정, 빙하 코어 조사, 지자기 기록 조사 등의 물리학적 조사를 통해 지구의 역사는 더 상세히 밝혀지고, 또 그 근본 작동 원리마저 알게 되었다. 이 책은 그러한 지구사에 대한 인식의 변화에 대한 책이다.

우리는 당연하지만 지질학, 층서학, 화석학, 지구연대학, 지구물리학 등 지구과학이라고 부르는 모든 분야들을 과학의 한 분야로 인식하고 있다. 하지만 그들의 시초는 현대의 과학의 태도로서는 상상도 못했던, 성경 창세기에 대한 재해석, 그리고 역사학적 방법론을 적용한 분야였다. 지구의 역사를 연구하려 하던 사람들은 역사학자였고, 그들은 성경에 언급된 4000년 전의 대홍수의 증거를 찾으러 다녔다. 아니, 사실은 발견된 증거를 대홍수의 정황에 (억지로) 끼워맞추는 방식에 대해 고민했다. 21세기 현대과학의 입장에서 이건 너무나 이상하고 말도 안 되는 일이다. 과학이란 모름지기 포퍼식 반증주의에 입각해, 가설을 세우고 증거를 조사해 입증하는 절차를 거쳐야 하는 것 아닌가?

물론 물리학과 천문학도 그런 시기가 있었다. 성경의 증거에 입각해 천동설을 주장하던 성경학자들에 반대해, 코페르니쿠스는 사실은 지구가 태양의 주위를 돌고 있다는 충격적인 인식의 전환을 일으키는 연구 결과를 발표한다. 당시엔 코페르니쿠스의 증거들은 오히려 천동설보다도 잘 들어맞지도 않았다. 하지만 결국 지동설이 천동설을 이기고 천문학의 정설이 된다.

아~ 토머스 쿤의 패러다임의 전환이구나! 그러니까, 그걸 말하는 거 맞지? 성경의 대홍수에 증거들을 끼워 맞추던 성경학자들에 반대해, 코페르니쿠스 같은 위대한 대 지질학자가 나타나 4000년 전의 대홍수란 없었고 지구의 역사는 성경이 말하던 것보다 몇만 몇억 배 더 오래되었다는 걸 설파하게 되었다는, 토머스 쿤의 패러다임의 전환과 과학 혁명의 구조 말이지. 게다가 우리는 여기서도, 현대까지 여전히 끈덕지게 설파되고 있는 창조론 대 과학의 대립의 역사까지 논할 수 있을 거야. 결국 비이성적인 성경에 입각한 창조론은 이성의 끝판왕 과학에 의해 대체되어 간다는 거지.

글쎄, 이 책의 저자 마틴 러드윅에 따르면, 지구의 역사 연구에 있어서는 그런 스토리가 아니다. 지구 역사의 연구에 있어서, 성경의 대홍수와 역사에 대한 연구는 적어도 ‘문제제기는 했다’는 점에 있어서 큰 족적을 남겼다는 것이다. 학자들은 대홍수의 증거를 찾기 위해 고군분투했고, 천지창조까지 소급해 지구의 연대가 ‘몇 년도’였는지를 어느 정도 추정하려고 노력했다. 그게 완전히 틀린 결과였지만, 적어도 아무 생각도 하지 않는 것보다는 나았다. 즉, '문제제기'는 했다. 책에 나오지 않는 얘기지만, 동양(유학)에서 지구의 연대기에 대해 큰 관심이 없었던 건 아마도 성경에서처럼 지구의 역사에 대해 언급조차 하지 않았기 때문 아닐까, 하고 조심스레 추정해 본다. 서양에서는 학자들이 대홍수의 연대를 입증하기 위해 증거를 찾아 헤맸다고는 하지만, 증거가 어느 정도 쌓이면 또 대충은 중립적인 관점으로 바라볼 여유도 생기는 법이다. “어? 이 증거는 대홍수의 증거로 보기엔 좀 어려워 보이는데?”라는 관점이 생기는 것이다.

그런 점에 있어서 지구의 역사에 대한 과학은 우리가 알고 있는 과학의 절차와는 달리 좀 이질적이다. 저자에 따르면, 지구의 역사에 대한 과학은 다른 과학분야가 가지지 않은 연대기에 대한 특성을 가지고 있으며, 사실상 역사학과 다를 바가 없다. 역사적 기록물을 증거로서 채택하는 역사학자들과 ‘거의 비슷한 절차로’ 지구역사학자들은 화석의 기록과 지층의 쌓인 순서의 기록을 연구하며, 그 절차는 가설 검증과 반증주의에 입각한 다른 과학 분야와는 다르다. 물론 토마스 쿤의 ‘패러다임’ 해석과도 결이 잘 맞지 않다. (굳이 무리하게 거기에 끼워 맞추면 그렇게 할 수도 있지만.) 단적인 예로, 나는 지금까지 지구과학의 ‘판 구조론’이라는 잘 발전된 이론에 대해 뉴턴 역학과 같은 지위를 부여하였었다. 판 구조론이 나오자마자 과학자들은 기존의 패러다임 (대륙 간 다리가 생겼다 없어졌다 하는 가설)을 폐기하고 지금까지 나왔던 모든 증거들을 판 구조론에 입각해 다시 해석했다고 생각했다. 

하지만 사실 판 구조론은 뉴턴 역학처럼 한 명의 위대한 과학자에 의해 짜잔 하고 나타나지 않았다. 특정할 수 없는 수많은 과학자들이 서서히 판 구조론에 대한 가설과 이론을 세웠고, 그게 그냥 서서히 정설이 되었다. 그리고 그 정도의 패러다임의 전환은 지구 역사 연구에 있어서 꽤 많은 부분 일어났다. (예를 들어, 대홍수 가설의 폐기, 화석의 발견, 격변설, 진화론의 정립, 방사능 연대 측정법 등)

최신 지구물리학적 방법론이 발전된 현재의 지질학도 마찬가지다. 과거의 기록물에 기록된 역사적 사실을 토대로 연대기를 확립하는 역사책과 동일한 태도로, 현대의 지구물리학은 방사능 연대 측정과 빙하 내부의 산소 농도와 지층의 이리듐 비율을 살펴본다. 그것은 언어로 되어있지 않을 뿐, 역사에 대한 기록이다. 지구에 대한 역사 연구는 성경의 창세기로부터 시작되었지만, 거기에 종사하고 있는 과학자 마틴 러드윅은 자신의 학문이 태초엔 종교적 기록물에 대한 의문으로부터 시작되었다는 사실에 대해, 그리고 그 전통이 여전히 자신의 학문에 이어져 있다는 점에 대해 부끄러워하지 않는다. 

그렇다고 이 책이 창조설을 찬성한다든가 동의한다던가 하는 건 아니다. 자신의 사적인 믿음에 입각하지 않고, 증거를 토대로 진실된 역사를 추정한다는 점에서, 지구에 대한 역사 연구는 과학이라고 불러줄 만하다. 고로 이 분야는 창조설을 당연히 거부할 수밖에 없다. 거짓됨 없는 진실에 대한 추구라는 점에서, '지구의 진실된 역사'를 사실에 가깝게 밝혀 낸 이 위대한 분야에 대한 존경심을 보낸다.

초끈이론의 추악한 진실

초끈이론의 진실 - 이론 입자물리학의 역사와 현주소
피터 보이트 지음, 박병철 옮김 / 승산 / 2008년 10월

내가 어린 중고딩 적 물리학과에 진학하기로 결심한 가장 큰 이유 중의 하나는 초끈이론 때문이었다. 이게 무슨 아인슈타인 어릴적 영재발굴단 같은 뚱딴지같은 얘긴가 하니, 당시의 아이들이 자동차나 공룡, 또는 디아블로2 조던 링 수집에나 관심을 가지듯 나는 원자를 쪼개서 나온다는 물질의 근본 입자에 대한 순수한 관심을 가지고 그것들을 수집하고자 하는 욕구를 가졌던 것이다. 당연하지만 내가 천재나 영재나 그런 것도 아니었기에, 난 그때 (당연히) 양자역학은커녕 중학 물리도 제대로 배우지도 않은 채였는데, 그럼에도 불구하고 어디서 주워들은 ‘초끈이론’이라는 키워드에만 사로잡혀 있었던 것이다. 인터넷도 없던 시대에, 중학생의 귀에 들어온 입자물리학의 최전선, 물질을 설명하는 최선의 방식이 바로 초끈이론이었기 때문이다.

그 주워들은 출처를 기억을 되짚어 생각해 보니, 브라이언 그린의 『엘레건트 유니버스』라는 책이 떠오른다. 브라이언 그린은 가장 유명하고 또 꽤 잘 팔린 초끈이론 및 입자물리학 전문 대중과학 저술가가 아닐까 한다. 한국에서조차 책이 꽤 많이 팔리고 유명했으니까. 놀라운 사실이다. 한국의 척박한 대중과학서 시장에 ’초끈이론‘ 같은 키워드를 가진 브라이언 그린의 책들이 어째서 많이 팔릴 수 있단 말인가?

나의 채널, ‘김필산의 사이언스비치’ 유튜브​의 관련 키워드에서 항상 1위를 차지하는 단어가 바로 ‘양자역학‘인데, 내 채널이 물리학과 생물학, 심리학을 망라하는 종합 과학 콘텐츠 채널을 표방하고 있는데도 가장 인기있는 키워드가 심리학도 생물학도 아닌 물리학의 ’양자역학‘이라는 점은 시사점이 크다. 나의 검증되지 않은 가설에 의하면, 대중은 언제나 자기가 아는 것보다는 모르는 것에 더 관심을 가진다. (거기서 손해보는 분야가 바로 심리학이다. 사람들은 은근히 ’심리학 같은 분야는 배우지 않아도 대충 안다‘는 이상한 편견을 가지고 있다.) 내가 어릴 때에 어디서 주워 들은 ’초끈이론‘이라는 단어에 그렇게 흥미를 가졌던 이유도 그것이다.

그러나 초끈이론이 대중들에게 가장 어렵고도 또 우주의 근본적인 입자의 비밀을 밝혀낼 수 있는 물리학의 끝판왕적인 존재, ’모든 것에 대한 이론‘인 것처럼 받아들여지는 것과는 다르게, 실제 이론 입자물리학자 사회에서는 불만의 얘기가 나온지 좀 되었다. 물리학자이자 수학자인 피터 보이트가 쓴 『초끈이론의 진실』은 지금으로부터 17년 전, 2006년에 출판된 초끈이론의 가장 결정적인 비판서이다. 그리고 17년이 지난 2023년 현재, 초끈이론은 여전히 어렵고, 난해하고, 우주의 근본적인 입자에 대한 비밀을 밝힐 ’수‘ 있는 최선의 이론이라는 자리에 있다.

여전히 아무 것도 입증한 적이 없는 가설 상태인 채로 말이다.

책의 구성은 두 파트로 나뉘어 있다. 전반부에 입자물리학의 태동기부터 저술 당시의 최신 이론이었던 초끈이론까지의 입자물리학 역사, 그리고 후반부로 초끈이론의 본격적인 비판을 할애하고 있다. 문제는 전반부 입자물리학 역사 개괄이 무지하게 어렵다는 것이다. 그러나 실망하지 말라. 책이 어렵다는 건 세 가지 이유가 있다. 1. 독자가 멍청이다. 2. 책을 못썼다. 3. 내용이 원래 어려워 최고의 저술가라도 설명할 방법이 없다. 이 책의 문제점은 3이다. 애초에 입자물리학은 어렵다. 나는 적어도 양자역학까지는 좀 안다고 자부하는 편인데, 입자물리학이라는 분야는 그 이상의 무언가를 요한다. 게다가 초끈이론은? 그 너머의 무언가이다. 그러므로 책이 어려운 이유는 일정 부분 입자물리학이라는 분야의 어려움 탓이다.

그러나 2번 이유, 저자의 문제도 분명히 있다. 물리학자를 위시한 전문가들이 책을 쓸 때 난이도 조정에 실패하는 이유는, 대중이 어느 부분에서 쉬워하고 어려워하는지를 저자가 판단하는 데 실패하기 때문이다. 이 책이 그렇다. 자기가 '대중을 타겟으로 가장 쉬운 방식으로 설명하려 한' 입자물리학 개괄사 전반은 너무 어려워 무슨 소리인지 하나도 못알아먹겠다. 그러나 '이제부터 너무나 전문적인 영역이라 독자들이 이해가 잘 안된다면 그냥 대강 넘어가라고' 신신당부한 후반부 초끈이론의 비판 부분에서부터 책이 오히려 이해가 잘 되고 재미있어지게 된다. 물론 '까는 재미' 때문일 수도 있겠지만, 전적으로 대중들이 무엇을 쉬워 하고 무엇을 어려워하는지 감을 못잡는 전문 물리학자 특유의 뒤틀린 난이도 판단력 때문이라고 본다. 그러므로 이 책을 읽고자 하는 독자들에게, 후반부에서 저자가 "이제부터 어려워지니 단단히 각오하라"고 경고할 때까지 꾹 참고 어려운 부분을 잘 넘겨 보길 바란다.

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보통 물리학에서 우주에 뭔가 궁금한 점이 생긴다면, 그 이론이 얼마나 어렵고 복잡하고 이해 안되던간에 인류는 30 년 안에는 무조건 정리를 한다. 예를 들어 상대성이론이나 양자역학이 그랬다. 마이컬슨 몰리 실험으로 우주에 빛이 이동하는 에테르란 없다는 사실이 밝혀진 후, 이를 맥스웰의 법칙에서 도출되는 빛의 속도와 모순되지 않게 우주의 법칙으로 설명하는 특수상대성이론이 출현하는 건 고작 18년, 일반상대성이론으로 완전한 이론이 정리된 건 28년 후였다. 양자역학도 비슷하다. 막스 플랑크가 흑체 복사의 자외선 파탄에 대한 ‘양자 가설’을 발표한 1900년 이후 26년이 지나 슈뢰딩거는 자신이 만든 방정식으로 양자역학이라는 분야를 창설했다.

초끈이론이 태동한 년도가 1984년이라고 하는데, 그렇게 따지면 40년이 흘렀다. 아니 사실, '문제제기'의 시점(양자 중력의 모순점에 대한 문제제기)까지 거슬러 올라가는게 맞으니 사실은 그보다 더 오래 되었다. 하지만 그 지점은 거의 아인슈타인의 생전 시대까지 흐르니 거기까지 언급하지 말도록 하자. 초끈이론이 태동한 시기로부터 중간 지점에, 피터 보이트가 책을 냈고 또 20여 년이 지났다. 초끈이론은 비판점을 건실히 받아들여 숙고의 시간을 가질 기회조차 있었다. 초끈이론은 여전히 어렵고, 이해 안되며 그럼에도 불구하고 (또는 그 이유 때문에) 대중들에게 물리학의 최전선이라는 이미지로 적잖은 관심을 받고 있다. 그런데도 초끈이론은 여전히 아무 것도 입증하지 못한 상태다. 초끈이론이 아닌 물리학에서는 여러 성과들이 있었다. 힉스 입자도 발견하고, 중력파도 발견했다. 그리고 심지어 이 어려운 분야의 성과들을 대중 매체 수준에서도 얼마든지 접할 수 있었다. 그러나 초끈이론이 입증되었다거나 증거가 발견되었다는 얘기는 눈꼽만큼도 들을 수 없었다.

초끈이론 지지자들은 다음과 같은 말들을 한다. 아직 입자가속기의 출력이 초끈이론의 가설을 입증할 수 있는 정도에 이르지 못했다. 또는 이렇게 말한다. 인류원리에 의해, 초끈이론은 가설을 검증할 필요가 없다. (무슨 소린가 하니, 물리학의 미세상수는 특별히 정해지지 않고 수억만 개의 여러 종류의 우주를 만들며, 우리가 존재하는 우주만이 생명과 인류를 진화시키도록 하는 특정한 미세상수를 가지고 있기 때문에 우리가 이 특별한 값의 미세상수를 관측할 수 있다. 우리는 이에 대해 굳이 궁금증을 가질 필요가 없다. 이를 물리학에서 '인류 원리'라고 한다.) 게다가 그들은 이런 얘기도 한다. 물리학은 대칭의 아름다움을 우선적으로 추구해야 하며, 실험 결과는 필요 없다.

정말 그런가? 자연의 본질을 탐구하는 과학이란 원래 우선적으로 실험 결과와 관찰 결과를 가장 가치있는 본질로 취급해야 하는 것 아니던가? 과학 중에서 특별히도 실험을 배제하고 수학적 대칭성과 그의 아름다움을 추구하는 그런 분야를 하나쯤은 인정해줄 수 있을까? 만약 어떤 분야가 그런 원칙을 내세우며 과학의 상아탑 내에 들어오려 할 때, 우리는 이를 허용하여야 할까? 아니면, 이런 분야는 과학이 아니라고 선언하고, 그들을 탑에서 추방해야 할까? 그렇다면 수학은 어떤가? 수학이야말로 실험이나 관찰 없이 거대한 지식의 체계를 구축한 위대한 인류 지식의 금자탑 아니던가? 초끈이론이란, 수학과 마찬가지로 '과학은 아니지만 자연의 본질을 탐구하는' 특별한 지식체계인가?

그렇지 않다. 과학은 여전히 변함이 없으며, 오직 수학만이 그 특별한 예외일 뿐이다. 과학이란 무엇보다도 첫 번째로 실험과 관찰이 병행되어야 하는 필수조건을 가진다. 그것은 절대로 포기할 수 없으며, 그 조건이 없다면 과학이 아니다. (그러므로 수학은 원래 과학이 아니다.) 초끈이론이 수학적 진리가 아닌 자연의 실체를 탐구하고자 한다면, 초끈이론이 과학이고 싶다면 반드시 실험 결과를 참조해야 한다. 그러나 초끈이론은 과학이면서도 동시에 여러 핑계들--입자가속기의 출력 문제, 인류 원리, 대칭의 아름다움 등등--을 내세우며 과학의 의무를 소홀히 하는데, 이 사태를 복잡하게 볼 것 없이 초끈이론이 과학이 아니기만 하면 된다. 그러므로 과학 체계는 초끈이론을 연구하는 학자들을 하루빨리 과학의 상아탑에서 내쫒아서 더이상 발 붙이지 못하게 해야 한다. 이도저도 싫다면, 초끈이론은 그냥 입자니 에너지니 하는 물리학 개념을 전부 빼버리고 대칭성을 연구하는 수학이 되면 된다.

특히 초끈이론은 '에드워드 위튼'이라는 "길을 잘못 든 세기의 천재"의 영향력이 너무나 크다. 그의 영향력이 너무나 막강했던 나머지 젊은 물리학자들과 연구비가 물밀듯이 초끈이론 분야로 흘러들어갔다. 책에서는 저자가 평범한 찌끄레기 대학원생 시절에 에드워드 위튼이라는 천재의 탄생을 지켜봤던 경험을 이야기 한다. 아인슈타인과 폰 노이만도 능가할 수 있는 세기의 천재가 초끈이론을 연구하기로 결심했다는 소문을 접했을 때, 저자의 느낌은 어땠을까? 천재와 한배를 타게 되어 두근거렸을까? 천재의 벽을 넘지 못해 절망적이었을까? 그러나 그 후에 초끈이론이라는 분야 전체가 서서히 거대한 사기로 밝혀지기 시작했을 때, 저자는 직접 선봉에 서서 그들의 추악한 실체를 벗겨내기로 결심한다. 한때 선망했던 세기의 천재를 자기가 직접 처단하기로 결심했을 때 피터 보이트는 에드워드 위튼을 보며 어떤 생각을 했을까?

잊혀진 물리학, 판타 레이 - 우주의 근원은 소용돌이다

판타 레이 - 혁명과 낭만의 유체 과학사
민태기 지음 / 사이언스북스 / 2021년 12월

당신이 (왜인지 잘은 모르겠지만) 물리학과에 진학했다 치자. 물리학과에 진학한 이유는 무엇인가? 어쩌면, 당신이 물리학과에 진학한 이유가 공학 분야 특유의 가볍고 실용적인 느낌을 좋아하지 않고 순수하고 빛나는 자연의 본질을 연구하고 싶어서일지도 모른다. 그렇다면 당신은 뉴턴역학(고전역학), 전자기학, 양자역학을 배울 것이다. 선택과목으로 열역학이나 고체물리학도 배울 지 모른다. 어쩌면 당신은 유체역학이 고전역학과 동등한 순수하고 빛나는 본질을 취급하는 학문이라고 생각할 지도 모른다. 그런 이유로 당신이 유체역학을 배우고 싶어서 물리학과에 진학했을수도 있다. 그런데 아뿔싸, 당신은 잘못 왔다. 물리학과에선 유체역학을 가르치지 않는다. 현대 아카데미 커리큘럼에서, 유체역학을 가르치는 곳은 물리학과가 아니라 기계공학과 등의 공대쪽이다. 당신은 이해할 수가 없다.

페미니즘 철학자 뤼스 이리가레는 이렇게 말했다. 뉴턴의 『프린키피아』를 비롯한 ‘남성 물리학’에서 단단한 고체의 역학이 특권을 누리고 유체역학이 특권적 지위를 가지지 못하게 된 이유는, 사람들이 유체를 여성적인 것으로 받아들이기 때문이다. (남성=고체, 여성=유체의 비유, 자세한 설명은 생략한다.) 이 철학자는 아마 유체에 대해 이렇게 생각하지 않았을까?

입자가 물리학에서 본질적이라면, 그에 반대되는 성질을 가진 유체 또한 본질적인 요소여야 하지 않을까? 그렇다면, 유체역학이 뉴턴역학보다 중요하게 여겨지지 않는 건 이유가 분명치 않다. 그러므로 이것은 유체를 잘 연구하지 않았던 남성 물리학자들의 문제임이 분명하다.

물론 이 주장은 수많은 이공계 출신들에게 비웃음받아 왔다. 이에 대한 이공계 출신의 반박은 다음과 같다. 유체를 기술하는 방정식인 나비에-스톡스 방정식이 얼마나 어렵고 잘 풀리지 않는지 모르는가보군? 유체역학이 뉴턴역학에 비해 잘 다뤄지지 않는 이유는 이 난이도 때문이라고! 하지만 여기에도 잘못된 사실이 있다. 오히려 순수과학 아카데미(그러니까, 물리학과)에서는 유체역학이야말로 ‘더는 연구할 만할 가치가 없는 학문’ 취급을 하고 있지 않은가? (그럼 저 철학자는 또 이렇게 말하지 않을까? 유체역학을 가치가 없는 학문 취급을 한다는 것 자체가 여성을 특권에서 배제시키는 것이다!)

놀랍게도, 뉴턴 이전에 유체가 입자보다도 더 본질적인 취급을 받았던 때가 있었다. 사실을 말하자면, 뉴턴이 자신의 책 『프린키피아』을 집필한 이유도 ‘자연의 본질은 유체’라는 테제를 반박하는 안티테제를 주장하기 위해서였다는 말이다. 뉴턴 직전까지, 천체의 움직임은 우주에 가득 차 있는 유동의 상태인 ‘에테르’의 소용돌이 움직임으로 인해 발생한다는 설이 대세였다. 즉, 태양은 소용돌이의 중심에 있으며, 그 외 행성들은 에테르의 영원한 소용돌이를 따라 돌고 있다는 관점이었다. 이 관점은 데카르트가 제시했다고는 하지만 (데카르트는 카테시안 좌표계 같은 유용한 수학적 업적을 제시하긴 했지만, 우리가 그를 철학자로만 인용하고 있는 건 바로 이 물리학적 주장이 완벽히 반려되었기 때문일 것이다.) 실제로는 아리스토텔레스의 에테르 우주설로부터 이어져온 것임이 틀림없다.

아리스토텔레스 하니까 굳이 또 말하자면,(지겹게도) 고대 그리스까지 돌아가서 얘기할 수가 있다. 철학자 헤라클레이토스의 유명한 언명인 “모든 것은 흐른다”, 또는 그리스어로 “판타 레이(panta rhei)”라는 관점은 바로 에테르 우주설의 원천이다. 그리고 이것이 오히려 데모크리토스의 “모든 것은 원자다” 관점보다도 더 메이저했었다는 것이다. 자그마치 뉴턴이 프린키피아로 데카르트의 우주 소용돌이설을 반박할 때까지 말이다.

아리스토텔레스는 4원소설+제5원소 에테르 설에 의해 우주는 흐르는 에테르로 가득 차 있는 상태라고 주장했다. 그리고 이 주장은 사실은 뉴턴을 넘어 아인슈타인 바로 직전까지 죽지 않고 살아있었다. 속도란 원래 상대적이니까, 빛의 속도 또한 우주공간에 차 있는 에테르에 비해 상대적으로 측정되어야 하지 않겠냐는 것. 그리 하여 진행된 마이컬슨과 몰리의 빛의 속도 측정 실험 이후 빛이 우주의 어떤 곳에서도 절대적으로 정확히 같은 속도로 측정되는 것을 깨닫게 된 후에야 빛의 속도는 절대적이며 우주는 에테르가 아니라는 주장이 입증되었다. 그리하여 그때에서야 유체란 우주의 본질이라는, 판타 레이 관점이 전부 반박되어 사라지게 된 것이다.

그 이후로도 판타 레이 관점이 물리학 주류 역사로 다시는 진입하지 못했지만, 역사 사이사이에 비유적인 관점으로서는 면밀히 이용되어 왔다. 예를 들어, 전자기학에서 전기의 흐름(전압, 전류, 저항)이나 역장(전기장, 자기장)에 대한 묘사, 열이 '흐른다'는 관점들 모두 판타 레이 관점으로부터 나왔다고 볼 수 있다. 게다가 이 물리학적 비유는 경제학에서도 발견된다. 케인즈가 처음으로 사용한 말인 '현금유동성'이 그렇다. 현금이 '흐른다'는 개념은 말 그대로 비유로, 판타 레이에 영향받은 용어다.

그러나 "만물이 흐름"이라는 거창한 판타 레이 관점이 아닌, 유체역학 그 자체에 대한 연구도 유유히 이어져 오긴 했다. 물리학과가 아닌 기계공학 등의 공대 분과로 흩어지긴 했지만. 웃기게도 역사적으로 물리학/철학/수학 분야의 거장들이 이 유체역학을 하다 도망간 일화가 있다. 하이젠베르크는 유체역학을 하다 어렵다고 도망가서 양자역학의 불확정성의 원리를 발견했고(뭐냐) 비트겐슈타인 또한 무슨 프로펠러 발명을 하느니 뭐니 하다 철학으로 도망가 현대철학의 위대하고 어려운 업적인 분석철학 분야를 세웠고 (진짜 뭐냐) 화이트헤드 또한 수학 분야로 도망가 1+1=2를 개 어렵게 증명하는 『수학 원리』라는 책을 썼다. (진짜 당황스럽다) 유체역학이 어렵다는 편견으로 인해 도망간 사람들이 개척한 분야가 일반인은 법접하지 못하는 개 어려운 분야라는 점은, 당연히 유체역학이 그것들보다 어려운 분야라는 사실을 증명하는 게 아니다. 그냥, 유체 역학이 어렵다는 편견을 강화시키는 웃긴 에피소드일 뿐이다. 그냥 그게 너무 웃기고 황당해서 문제다.

그리하여 유체에 대한 연구란 어렵고 까다롭고 풀리지 않는 문제라는 인식과 동시에, 이제는 더 이상 순수과학적으로 연구할 만한 가치가 없는 분야라는 모순된 인식까지 얻게 된 것이다. 유체역학은 최종적으로 물리학의 잊혀진 가지가 되었다.

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이 책 『판타 레이』는 국내의 저술가 민태기 박사가 지은 책이다. 이 책엔 단점도 있다. 하나의 소주제에 집중하지 못하고 너무 자주 역사를 왔다갔다하며, 책의 중심 주제에 벗어난 주제들 (예를 들어, 철학, 역사, 전쟁사 등)까지 다방면으로 다뤄서 집중하기 힘들고 난삽하다. 마치 작가가 자신은 너무 많은 것을 안다고 자랑하는 것 같다. 사실 내가 위에서 떠들었더 구성은 책에 없는 관점이 대폭 들어가 있다. 책의 플롯이 너무 정리되어 있지 않아서 내가 좀 더 흥미로워질 수 있도록 양념을 과하게 쳤다는 걸 인정한다.

하지만 기획력만큼은 인정할 만한 책이다. 놀랍지도 않게 이 작가 또한 물리학자가 아닌 기계공학자이지만, 공학자 출신의 배경을 가진 작가 치고는 과학 역사에 대한 풍부한 사례와 인식을 바탕으로 물리학의 또 다른 역사적 흐름인 판타 레이 관점을 제시했다. 그게 진실이냐고? 그런 관점이 진짜 있는 거냐고? 글쎄, 이런 건 그런 식으로 증명될 성질이 아니긴 하다. 그러니까 이게 '기획력'이라는 것이다.

그 기획의 종말엔 우리를 충격적인 인식의 그림자로 이끈다. 그러니까 이 모든 게 무슨 의미냐면, 우리는 모두 이 뉴턴 이전에 우주를 해석하는 주류 관점인 “판타 레이” 관점에 대해 인류적으로 잊게 되었다는 충격적인 사실인 것이다. 물리학에 있어서 유체란 잊혀진 자식이다. 하지만 그 근원에는 오히려 물리학의 본질이라고 부를 수 있는 시절이 있었다. 아무도 주목하지 않았던 숨겨진 그림자이지만, 저자는 그것에 조명을 쏘아 사실인양 당당히 제시했다. 물리학에 관심을 가진 사람이라면 누구나 흥미를 끌 만한 놀라운 기획력이다.

나만 좋아하는, 기상천외한 생김새를 가진 SF보석

사이버리아드 - 심너울의 사이버리아드 다시 쓰기 ㅣ FoP Classic
스타니스와프 렘 지음, 송경아 옮김 / 알마 / 2022년 11월

“좋아하는 SF 작가가 누구에요?
네! 스타니스와프 렘이랑...
스타니...네?
스타니스와프 렘... 공산 시절 동구권 폴란드 작가...
아 그렇구나...
테드 창이요.
아 테드 창! 저도 알아요!”

나는 지금까지 여러 번 스타니스와프 렘 빠심을 표출한 적 있다. 그런데 실은 나를 이 고독한 세계로 빠뜨린 주범은 렘의 가장 널리 알려진 작품 『솔라리스』가 아니다. 아주 오래 전 한국에서 만들어졌던 장르문학 잡지 『판타스틱Fantastique』에 소개된 「첫 번째 외출 혹은 가르강티우스의 덫」을 읽었을 때, 그리고 그보다도 전에 『이런, 이게 바로 나야』라는 인지과학 이론서에 실린 「아서 도브의 “논 세르위암”」이라는 작품을 읽었을 때부터가 시작이었다. 그 후로 오멜라스 출판사라는 곳에서 『솔라리스』 외의 스타니스와프 렘 작품들이 하나둘씩 번역되기 시작했고, 나는 드디어 『사이버리아드』라는 책의 전체를 제대로 감상할 수 있게 되었다. 그리고 내 인생은 그로 인해 ‘약간’ 변화되었는데, 무덤에 들고 들어갈 책의 종류가 테드 창의 『당신 인생의 이야기』 한 권에서 『사이버리아드』까지 포함한 두 권으로 늘어났기 때문이다.

절판된 오멜라스판 『사이버리아드』가 중고 되팔렘들에 의해 중고 시장에서 육만 원까지 팔리던 참혹한 꼴을 보다가, 이번에 속 시원하게도 알마에서 같은 번역자의 번역으로 개정판이 나와서 그런 꼴을 보지 않게 되었다. 나야 두 권 다 소장중이지만. 내 바램으로 부디 더 많은 사람이 이 작품을 접했으면 하지만, 또 다른 심정으로 어차피 널리 읽혀져 봤자 지루하다느니, 이해 안간다느니 좋은 소리 안 나오는 거 차라리 나한테한 소중한 나만의 보석으로 간직해야 하나 싶다.

최근 한국 출판계의 여러 출판사에서 스타니스와프 렘이 우후죽순 번역 출판되고 있는 건 2021년, “Lem2021” 렘의 탄생 100주년 기념의 일환인 듯하다. 『사이버리아드』 외에도 『스타니스와프 렘 - 미래학 학회 외』(현대문학),  『솔라리스』, 『우주 순양함 무적호』, 『이욘 티히의 우주 일지』(여기까지 민음사), 『로봇 동화』(알마)까지 사볼 수 있게 되었다. 이젠 우리나라도 ‘렘 선진국’이라고 말하기에 부족함이 없다. 다만 유일하게 『우주여행사 피륵스』는 오멜라스판 이후로 재판되지 않아 접할 방법이 없다. 언젠가 누가 재판해 주겠지 뭐. 

이 작품 제목의 유래는 ‘사이버’+‘일리아드’의 합성어로 렘 본인이 직접 만든 단어라고 한다. 책 뒷표지에 ‘사이버 시대의 일리아드’라는 소개가 달려 있는데, 사실 여기서의 ‘사이버’는 우리가 생각하는 그 사이버가 아니라 ‘사이버네틱스’라고 보는 게 합당하다. 그 시대엔, 우리가 생각하던 인공지능이란 ‘사이버네틱스’ 분야의 관심사였으니까. 그러니까 이 작품은 ‘메타버스’니 사이버 월드니 하는 디지털적인 분위기보다는 훨씬 고전적인, 왕국을 지배하는 고철 인공지능 로봇 제왕이 자신의 관절에 기름을 칠하며 기계에 대한 시를 읊는 분위기에 더 가깝다.

이 작품의 장르를 굳이 찝자면 '코미디 SF'라 할 만하다. 계보를 따지자는 건 아니지만, 코믹SF라는 장르의 연대기를 추적하면 이 『사이버리아드』 후엔 『은하수를 여행하는 히치하이커를 위한 안내서』와 애니메이션 드라마 『퓨처라마』, 그리고 최근의 애니메이션 『릭 앤 모티』에 다다른다. 모두 내 인생작들이라 할 만하다. 이 작품들의 공통점으로, 인간성과 절대적 진리에 대한 풍자, 해학, 아이러니를 바탕으로 코미디를 전개하고 있다는 점이다.

그런 점이 바로 나를, 혹은 우리를 SF의 본질적 재미로 이끈다.

모든 작품을 언급하고 싶지만, 분량 관계로 진짜 핵심적인 작품들만.

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트루를의 기계
두 주인공 콤비, 트루를과 클라파우치우시는 로봇임에도 불구하고 로봇을 제작하는 로봇 장인이다. 그런데 그들이 만든 한 로봇이 (인간처럼) “2+2=7”이라고 주장하기 시작한다. 주인공 콤비는 이 한없이 인간적인 주장을 ‘로봇스럽게’ 바로잡으려 한다. ‘로봇이 인간을 만든다’는 이 아이러니에 대한 주제는 앞으로도 계속 반복될 것이다.

트루를과 클라파우치우시, 그리고 생각 기계. Midjourney가 그림

세계는 어떻게 살아남았는가
주인공 중 한 명인 클라파우치우시는 N으로 시작하는 모든 것을 만드는 게 가능한 기계를 만든다. 또다른 주인공인 트루를은 클라파우치우시를 놀리고자 그 기계에게 무(Nothing)을 만들라고 지시한다. 고전적이기까지 한 ‘거짓말쟁이의 역설’에 대한 이야기이지만, 그 주체가 또 로봇이라는 점이 포인트이다. 왜냐하면 괴델의 정리에 의해 (혹은 튜링의 증명에 의해) 완전한 수학 체계를 탑재한 로봇은 그 체계 내에서 거짓말쟁이 역설에 대해 적절한 대응을 하지 못하기 때문이다. 로봇이 진정 (거짓말쟁이 역설에 대해 적절한 대응이 가능한) 인간성을 소유하려면, 완전성을 가진 수학 체계의 레이어에 적절히 순서가 없으면서 또 자기 자신을 포함한 레이어를 꼬아 놓아야 한다. (무슨 소린지 모르겠다면, 더글러스 호프스태터의 『괴델, 에셔, 바흐』를 읽어 보시길.)

이 작품의 상황은, 로봇이 로봇을 만들었고 또 그 만들어진 로봇이 오히려 거짓말쟁이 역설에 더 뛰어난 형태로 대응을 할 수 있는 상황이라는 점이다. (또다시 인간성과 ‘로봇성’의 역전이다.) 주인공들은 세계가 점차 사라져가는 상황에 우왕좌왕하며 로봇의 작동을 멈춰 달라고 빌게 되는 상황에 처한다. 로봇이 삭제한 것들의 언어유희적 리스트는 작품의 또다른 감상 포인트이다.

“미누, 밤머미줄, 무사우, 부사우, 비질개, 허길, 허비잘, 곤심, 타갈뱀, 슈뻥, 타타품, 이거뜰, 쇗불, 냥자, 포각...” (번역자 칭찬 좀 부탁합니다)

이 단어들이 지칭하는 무엇인가가 실제로 작가가 창조해낸 무의미의 단어일 수도 있으나, 약간의 상상력만 더하면 그 단어들이 지칭하는 것들이나 의미들이 실제로 “우리의 우주에서도 사라진 것일수도 있겠다”는 생각에 다다른다. 그래서, 우리의 세계는 (이 작품의 제목 대로) 이러한 형태로 살아남게 된 것일 수도 있다.

첫 번째 외출 혹은 가르강티우스의 덫
이 작품은 예전 한국에서 만들어졌던 장르문학 잡지 『판타스틱Fantastique』에 소개된 적이 있었다. 모든 것을 합쳐 버려 전쟁을 형이상학적으로 해결한다는 기가 막힌 결말은 지금까지도 나에게 있어 지속적인 영감의 원천이다. 내 졸작인 「책이 된 남자」의 결말과 아직 공개되지 않은 단편들인 「왼손의 유령」, 「중력 로봇 하이드리엄」(가제)의 결말 또한 이 작품의 영향을 받았고, 전쟁에서 병력이 피아일체의 경지에 이른다는 설정은 자기 자신과 전쟁을 치룬다는 나의 또 다른 졸작, 「두 서울 전쟁」에도 간접적으로 영향을 주었다. 또한 아직도 구상중이고 언제 나올 지는 명확히 알지 못하겠지만 아예 이 작품을 오마주하는, 「평행우주의 전쟁 컨설턴트」(가제)라는 작품도 구상하고 있다.

첫 번째 외출(A) 혹은 트루를의 전자 시인
챗GPT의 시대까지 이르러 애초에 ‘문학 작품을 짓는 AI' 혹은 ’예술을 하는 AI'는 전혀 놀라운 상상력은 아니다. 그러나 이 작품은 새삼스레 지금 다시 읽어도 놀라운 작품인데, 왜냐하면 이 작품의 진정한 미친 작품성은 로봇이 짓는 시 그 자체에 있기 때문이다.

만약 어떤 소설에서 천재가 등장하면, 작품 내 천재의 작품은 절대로 작가의 역량을 넘어서지 못한다. 그 작가는 불행하게도 자신이 천재가 아니라는 사실을 작품을 통해 증명해 버릴 것이다. 그러나 이 소설에서 스타니스와프 렘은 충분히 증명하였다. 자신이 천재일 뿐더러, 작품 내에서 ‘천재 로봇’을 그릴 충분한 자격이 있다는 사실을. 스타니스와프 렘은 작품 내 어떤 로봇보다도 더 혹은 동등하게 천재이며 실질적으로는 현실의 챗GPT보다도 압도적으로 우월하다.

ChatGPT에게 트루를의 시를 지어 보라고 시켜 보았다. 구리다.


여섯 번째 외출 혹은 트루를과 클라파우치우시가 해적 퍼그를 이기기 위해 제2종 악마를 창조한 이야기
주인공이 박사 학위를 가진 해적을 만나는데, 그 해적은 모든 지식을 빼앗아 소유하길 원한다. 주인공은 그에게 ‘제 2종 악마’라는 것을 만들어 준다. ‘제 2종’이라니 제 1종 악마도 있는지 궁금하겠는데, 작품 내에서 주인공의 입을 빌어 ‘제 1종 악마’도 있으나, 그건 그리 재미있는 놈은 아니라는 설명을 한다. (그런데 그 설명을 들어보니 그건 실제 사람 맥스웰이 언급한 ‘맥스웰의 악마’라고 하는 가상의 존재다.)

그렇게 해서 박사 해적은 원하는 그 ‘모든 것에 대한 정보’를 얻게 되는데, 그 정보라는 게 이런 것이다.

“할레바도니아의 꿈틀이들이 얼마나 정확히 꿈틀거렸는지, (...), ‘촘촘한 멍청이’라는 새의 배설강의 직경은 얼마인지, (...), 불규칙 20면체의 밑각을 얻는 방법, (...) , 마리노티카에서 7만 년간 발행된 우표의 권수, (...), 왜 파리지엔의 ‘파리’나 모기지론의 ‘모기’는 날지 않는지, (...)”

그 ‘악마’라는 것은 모든 정보를 종이에 다 써서 해적에게 전달해 주었고, 그래서 해적은 무한히 생성되는 종이의 무더기에 파묻혀 버렸다는 결말.

현대 인공지능학에서 꽤 심각하게 다루어지는 ‘상식(common sense) 추론’의 문제와 다를 바 없다. 우리와 인공지능의 결정적 차이 중 하나는, (적어도, 챗GPT 이전에 논의되던 결정적이었던 차이는) 상식적인 추론을 인공지능에게 가능하게 하는 게 무척이나 어렵다는 것이다. “모든 물체는 질량이 있다”는 명제엔 자연스럽게 “질량이 없는 물체가 최소한 하나 있다는 말은 거짓이다”는 명제가 참으로 증명되고, 우리는 이 명제를 종이에 써서 학습해야 할 필요 없이 논리를 통해 자연스럽게 안다. “물컵에 물을 부으면 물은 무슨 모양이 될까?” 라는 질문에 우리는 자연스럽게 물이 물컵의 모양이 된다고 추론한다. 그러나 인공지능은 이런 대답을 제대로 하지 못한다고 알려져 있다. (챗GPT는 이제 어느 정도 가능할 지도 모른다.) 딥러닝 이전 인공지능학에서는 그 추론이 어떻게 이루어지는지 몰라서 모든 명시적이지 않은, 상식으로 추론되는 명제들을 데이터로 코딩해야 하는가에 대해 심각하게 고민하기도 했다. 위의 제2종 악마가 만든 수많은 잡설들은, 지식이란 즉 모든 상식의 모든 가능한 경우의 수에 대해 다 종이에 적어놓아야 하는 거대한 지식체계의 나무다. 해적이 종이의 무더기에 파묻혀 버린다는 비극적이고 아이러니한 결말은 과거 인공지능학의 비극적인 삽질의 역사와 다를 바 없다.

일곱 번째 외출 혹은 트루를의 완벽함이 소용없었던 이야기
주인공 트루를은 왕국을 잃은 어떤 왕을 위해 잘 작동하는 소형 왕국을 만들어 선물한다. 클라파우치우시는 그 왕국의 인간들도 고통받는다고 말하며 트루를의 사악한 행위에 비판을 가한다. 그러나 트루를은 단지 시뮬레이션인 그 소형 왕국의 ‘고통’ 또한 시뮬레이션일 뿐이라며 반문한다. 하지만 아뿔싸, 트루를의 장인 정신은 그 시뮬레이션을 ‘실제와 완전 똑같게’ 작동하는 방식으로 설계했고, 거기서 시뮬레이션된 고통은 실제 고통과 동일한 기능을 가진다. 그로 인해 트루를은 깊이 후회하고 그 세계를 없애버리려 하지만...

시뮬레이션의 윤리성에 대한 문제다. 우리가 서로에 대해 죽이거나 없애는 걸 금지하는 윤리적 강령에 그렇게나 신경쓰면서 시뮬레이션이나 계층 세계를 통째로 없애버리는 것에는 그렇게 거리낌이 없는 이유는 무엇일까? 그건 바로, 시뮬레이션 내부의 고통은 단지 시뮬레이트된 가상의 것이라고 생각하기 때문이다. 롤러코스터 타이쿤의 손님들이 내지르는 그 고통의 메시지들에도 불구하고 어떤 이들은 그들을 거리낌없이 물에 빠뜨려 죽이거나 열차에 탑승해 폭파시키는데, 우리네 학부모님들의 심각한 걱정에도 불구하고 그게 ‘의외로 정상’인 이유는 그게 우리의 인성을 폭력적으로 만들지는 몰라도, 그들의 죽음의 고통이 실제이기 때문은 아니다.

그러나 고통의 시뮬레이션이 점점 현실을 닮기 시작한다면, 우리의 윤리성은 분명 혼돈이 오게 될 것이다. 우리가 그들을 소중히 느껴야 하는 지점은 대체 언제부터일까? 만약 그 날이 오게 된다면, 우리는 대체 그들에게 무엇을 해야 할까? 이런 생각을 하다 보면, 우린 어느새 하늘을 올려다 보고 있다. 혹시, 이 세계가 이렇게 고통스러운 이유는 누군가가 이 세계의 고통을 단지 ‘시뮬레이션된 감각’으로 치부하기 때문 아닐까?

게니우스 왕의 기계 세 대 이야기
책에서 가장 긴 작품인데, 단일한 얘기로 구성된 작품은 아니고 꽤 많은 얘기들이 액자형 구성으로 중첩되어 있다. 이 액자는 혼란스럽게도 두 단계나 세 단계까지 깊숙히 들어가기도 한다. 렘에 애정을 느낀 독자들이라도 여기까지 온다면 심히 적응하기 힘들었을 것이다. 나 또한 혼란스럽긴 마찬가지였기 때문에 분석을 위해 이 액자 구성의 구조를 한 번 그려 보았다.

「게니우스 왕의 이야기 기계 세 대 이야기」의 액자 구조

가장 기괴한 부분은 ‘두 번째 기계’ 이야기 내의 ‘트루를의 세 번째 이야기’다. 서브틸리온이라는 이야기 내의 작자는 여러 개의 시뮬레이션을 왕에게 권하는 신하다. 그 시뮬레이션 이야기들이 자그마치 일곱 개나 되는데, 진짜 골때리는 점은 마지막 일곱 번째 시뮬레이션은 자기복제를 하는 시뮬레이션, 즉 이야기가 무한히 반복되는 이야기라는 점이다. 작가가 노린 구조라고밖에 생각이 안 든다.

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이 책이 스타니스와프 렘의 다른 작품들보다 유독 돋보이는 지점이 있다. 인간성의 아이러니에 대한 변칙적 접근, 인공지능의 가능성을 완전히 다른 방향으로 보게 만드는 기괴한 사고실험들, 특별하고 괴상한 액자 구조들. 정말로 이 탁월한 SF를 이 세상에서 나만 오롯이 좋아한다고? 그렇지는 않을 것이다. 다만 이 외로운 렘 우주에서 서로의 거리가 너무 멀 뿐이겠지. 스타니스와프 렘의 한국어 번역 책들이 풍성하게 차려진 2023년, 나는 또다시 이 책을 세 번째 들여다보았다. 변함없이 매우 만족스러웠다. 다른 사람에게 추천하고 싶지 않냐고? 그다지...나만 즐기기에도 바쁘다. 죽기 전에 열 번은 읽고, 언젠가는 스스로 사이버리아드 풍의 소설을 써 보리라.