지식보관소_ 미래에 일어날 일을 미리 알 수 있을까_ 확률론적 결정론

 

 

놀랍게도 고전역학과 상대성이론에 의하면

로또 번호가 뭐가 뽑힐지는 미리 정해져 있습니다.

 

 

2, 6, 11, 13, 22, 37

갑자기 뜬금없이 6개의 숫자 이야기를 했는데

이 숫자는 이번 915회 로또 당첨번호입니다.

단순한 6개의 숫자에 불과하지만

많은 사람들이 일주일 전에 미리 알고 싶었던 번호이기도 하죠.

그런데 이런 로또 번호를 당첨 전에 미리 알 수는 없을까요?

 

당구를 잘 치는 사람들은

선수가 당구공을 딱 치는 순간에

3쿠션이 제대로 들어갔는지 아닌지를 먼저 알 수가 있습니다.

초반에 움직이는 당구공의 속도와 방향, 그리고 스핀 등을 보게 되면

그 공이 어디로 가게 될지 이미 결정이 돼 있기 때문이죠.

 

그렇다면 마찬가지로 로또 복권도

당첨 기계의 초기 상태를 정확하게 알 수가 있다면

어떠한 숫자가 뽑히는지 알 수가 있는 게 아닐까요?

 

놀랍게도 고전역학과 상대성 이론에 의하면

로또 번호가 뭐가 뽑힐지는 미리 정해져 있습니다.

정확히는 특정 시점에서

우주에 존재하는 모든 물질의 물리량만 정확하게 알 수가 있다면

앞으로 미래가 어떻게 될지는 정해져 있는 것이죠.

 

마치 당구다이에서 당구공을 딱 치는 순간에

그 주변의 모든 물질의 물리 상태를 정확하게 계산한다면

당구공이 어디로 갈지 알 수가 있는 것처럼

우주가 딱 처음 만들어진 그 순간에

모든 입자들의 물리량을 정확하게 알 수가 있다면

어디에서 은하가 만들어지게 되고

그 은하 어디에서 별이 만들어지게 되고

거기 어디에서 지구가 태어나게 되고

생명체가 만들어질지 모두 정해진다는 것입니다.

이것이 고전역학과 상대성 이론에서 말하는 결정론이죠.

 

우주에 있는 모든 물질들은 정해진 물리 법칙대로 움직입니다.

그렇기 때문에 특정 물리 상태를 만들어 두고 시뮬레이션을 하게 되면

물리 법칙이 바뀌지 않는 이상

항상 동일한 결과가 나와야 합니다.

즉, 우리 우주가 생길 때와 완전히 동일한 물리 법칙으로

우리의 우주를 계속해서 만들어내면

항상 태양이 생겨야 되고, 지구도 생겨야 되고, 사람도 생겨야 되고

심지어 915회 로또 번호까지 똑같아야 한다는 것이죠.

 

작년에 제가 올렸던 조회수 76만 뷰가 나온, 상대성이론에 의하면

‘시간은 흐를 수 없다’는 영상을 보고

가장 많은 분들이 남겨주신 댓글은

그러면 미래가 완전히 결정되어 있냐는 것이었습니다.

 

결론만 말하면, 상대성 이론으로만 본다면

당연히 우주가 생겨날 때의 초기 조건이 결정이 되어 있기 때문에

미래는 결정되어 있을 수밖에 없다는 게 당연합니다.

 

그런데 단순히 우주 생성시에 초기 조건이 결정되어 있으니까

미래가 결정되어 있다라고 얘기하기에는 조금 문제가 있습니다.

 

20세기 초, 과학자들은 전자총으로 전자를 발사해서

2개의 구멍이 있는 슬릿

즉 이중슬릿을 통과시켜 보는 실험을 진행합니다.

당연히 전자는 입자이기 때문에

2개의 구멍 중에 1개의 구멍으로만 통과해야 하며

2개의 줄무늬를 만들어야 했죠.

 

하지만 놀랍게도 이중슬릿을 통과한 전자는 간섭무늬가 생겼고

이는 전자를 하나씩 발사해도 마찬가지였습니다.

당연히 전자는 입자이기 때문에

2개의 구멍 중에 한 곳만 통과를 해야 했습니다.

하지만 현실은 전자를 하나씩만 발사했음에도

마치 1개의 전자가 2개의 구멍을 통과하는 것처럼

간섭무늬가 생겼다는 것입니다.

 

과학자들은 대체 전자에 어떤 일이 일어나는 건지 알기 위해서

이중슬릿 중의 한 곳에

가이거 계수기를 달아서 관측한 결과

놀랍게도 이중슬릿이 사라졌습니다.

즉, 전자는 관측이 되지 않을 때만

입자가 아닌 그런 상태가 되었다는 것이죠.

 

여기서 더욱 놀라운 것은 이는 전자뿐만이 아니었습니다.

1999년에는 분자구조를 가진 플러렌 분자를

진공에서 이중슬릿을 통과를 시키자

마찬가지의 결과가 나타났을 뿐만이 아니라

2019년 9월에는 원자 2천 개로 이루어진 분자에서도

이중슬릿이 성공했다는 것입니다.

 

결국 인간을 포함한 모든 물질은

원자로 구성이 되어 있고,

이들은 모두 관측하지 않는다면

확률로만 존재하는 상태라는 것입니다.

 

양자역학에서는 이것을 Coherence(결맞음)라고 부르죠.

그리고 이런 Coherence는 실험으로만 존재하는 게 아니라

이런 원리를 이용해서 최근 만들어지는 것이

양자컴퓨터와 양자통신입니다.

 

아인슈타인은 양자역학에서 일어나는 이러한 현상이

과학기술의 한계로 일어나는 측정오차로 생각했지만

현재 학계의 입장은

전자 같은 소립자의 위치와 속도를 정확하게 알 수 있는 방법은

우주에 존재하지를 않고

오로지 관측 전에는 확률로서만 존재한다고 보고 있습니다.

이것이 확률적 결정론,

혹은 양자역학적 결정론인 것입니다.

 

이런 양자역학적 결정론으로 생각하면

기존의 로또 복권 당첨 번호의 경우

당시의 상태를 정확하게 알 수 있다면

미리 알 수가 있다는 건 여전히 참입니다.

 

하지만 현실적으로는 모든 상태가 결어긋난 상태가 아닐 수가 있기 때문에

모든 물리 조건을 알았다고 할지라도

사회자가 언제 버튼을 누를지와 어떤 공이 뽑힐지가 100%에 가까울 뿐

100%가 될 수는 없습니다.

물론 대부분 거시세계의 물체이기 때문에 그 효과가 적을 뿐이죠.

 

거기다가 굉장히 중요한 건

측정한다라는 행위 자체가

현재의 상태에 영향을 준다는 것입니다.

이게 무슨 말이냐면

어떤 번호가 당첨될지를 알기 위해서

모든 물질의 현재 상태를 측정하게 되면

그 행위 자체로 결과가 달라지게 된다는 것이죠.

 

우리가 평소에 무언가를 관측하는 행위 역시 마찬가지입니다.

만약 어떤 물체를 본다라고 했을 때는

광원에서 광자가 나와서

그 물체에 부딪히고서 우리의 눈으로 들어왔다는 이야기가 됩니다.

이때 물체는 광자가 부딪침으로써 어떤 영향을 받게 되죠.

 

눈으로 보는 것이 아니라

어떠한 방식으로든 그 물체를 측정한다는 것 자체가

무언가가 날아가서 그 물체에 부딪히고 나서

돌아오게 되는 상태를 본다라는 것입니다.

 

이 이외의 방법으로는

측정이라는 행위 자체가 불가능하고

이것이 우주의 태생적인 한계입니다.

 

많은 분들이 제 영상에서 오해를 하셨던

관측이라는 것의 정의가

인간이라고 하는 주체가 본다라고 한다는 것으로 정의가 되는 것이 아니라

관측이라는 것은

필연적으로 무언가 대상의 상호작용을 하고

그 후에 일어나는 현상을 보는 것이기 때문에

관측=상호작용이라고 볼 수가 있습니다.

 

또한 관측을 하기 전에는

모든 물질은 파동으로만 존재하기 때문에

미래는 결정되어 있다는 것이 아니라

관측을 함으로써 결정이 되어지는 것이죠.

 

물론 현재 방식의 로또 추첨 시스템에서는

모든 물리량을 안다면

100%에 가까운 확률로 당첨 번호를 알 수가 있겠지만 말이죠.

 

만약 미래의 복권 시스템을 새로 만들게 된다면

미래의 복권 시스템은

양자얽힘을 이용해서

미리 예측을 하는 게 아예 불가능한

그런 시스템이 나오게 되지 않을까

그렇게 저는 생각합니다.