[지식보관소] 최첨단 물리학이 알아낸 이 세상의 진실

 

 

요즘에 유행하는 오픈월드 게임들을 하다 보면

고작 0과 1의 디지털 신호로

이렇게 방대한 세계를 만들었다는 데에 놀라게 됩니다.

 

하지만 이런 게임 속 세상의 모든 오브젝트들은

플레이어가 해당 오브젝트들을 관측할 수가 있는 상황에서만 랜더링이 될 뿐

실제로 관측 전에는 존재하질 않죠.

 

그런데 만약에 우리가 살고 있는 세상도

이와 비슷하다면 어떨까요?

이 이야기가 허무맹랑하게 들릴 수 있지만

문제는 이게 단순한 상상이 아니라

실제로 양자역학의 세계에서 일어나는 일이라는 것입니다.

 

최첨단 물리학이 알아낸 바에 따르면

우주에 존재하는 입자는

관측 전까지 ‘양자 중첩’이라는 상태에 있으며

관측하는 순간 비로소 입자의 상태가 결정되는데

이는 마치 우주가 우리가 바라볼 때만 [렌더링]되는 것처럼 보입니다.

 

20세기 초반에

원자의 구성 요소인 원자핵과 전자를 발견해 낸 과학자들은

엄청난 난관에 부딪혔습니다.

 

원자핵에 존재하는 전자의 궤도가

불연속적이라는 것이었죠.

(불연속적, 양자역학에서는

전자가 특정 궤도에서만 존재가능하기에, 전자의 위치가 불연속적이라고 표현함)

 

모든 원자 속의 전자궤도는

매우 규칙적인 특정 위치에만 존재했으며

이 말은 예를 들어서

전자의 궤도가 1-> 4로 이동을 할 때

1-> 2.2-> 3.5-> 4 이런 식으로

아날로그적으로 순차적으로 이동하는 것이 아니라

마치 디지털 세상처럼

1에서 4로 점프해서 이동한다는 것이며

이러한 중간 과정을 관측할 수가 없다는 것은

매우 큰 미스터리였습니다.

 

이에 대해서 닐스 보어는

전자가 이동하는 중간 과정을 관측할 수가 없다는 이유만으로

중간 과정을 아예 지워버렸고

양자도약이라는 말로 이 중간 과정을 무시했습니다.

(양자도약: 전자가 원자 내부에서 불연속적으로 궤도로 도약->‘순간이동’하는 현상)

 

당시까지만 해도 양자도약이 생기는 이유는

우리의 관측 기술의 한계로 여겨져서

양자역학을 불편하게 여기는 과학자들도 많았지만

놀랍게도 최신 물리학에 따르면

실제로 전자는 1에서 4로 이동할 때

중간 과정 없이

1에서 사라져서 4로 순간이동을 하며

이런 현상은 마치 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램에서 처리하는 방식과

매우 유사합니다.

 

뿐만 아니라 양자역학이 알아낸 또 다른 놀라운 현상은

양자중첩이라는 현상으로

입자는 우리가 하기 전까지는

입자가 아닌

그 입자가 취할 수가 있는 모든 가능성이 중첩이 된 파동 상태로만 존재하며

우리가 하는 순간

그 무수한 가능성의 파동 중에 한 가지의 상태로 변한다는 것입니다.

 

다시 말해서 관측하기 전에는

그 상태로 존재하지 않는다는 것이며,

양자역학에서 관측이라는 행위는

단순히 실제 존재하는 어떤 현상을 확인하는 게 아니라

특정 현상을 만들어내는 행위에 가깝습니다.

 

최근 신경과학의 흥미로운 발견 중에 하나는

“우리가 어떻게 사물을 볼 수 있는가?” 하는 것입니다.

 

단순히 생각하면

물체에 반사된 광자가 망막의 신경세포로 들어오고

뇌가 그것을 해석했다라고 볼 수가 있겠지만

놀랍게도 최신 연구 결과에 따르면

그 반대입니다.

 

거의 대부분의 신호가

눈에서 뇌로 이동하는 것이 아니라

뇌에서 눈으로 이동한다는 것이죠.

 

한마디로 뇌는

외부에서 들어오는 정보를 바탕으로

이미지를 만들어내는 것이 아니라

뇌가 보고 싶어 하는 모습을 볼 수 있도록

눈으로 신호를 보내주는 체계에 가깝다는 것이

최신 신경과학이 예상하는

우리가 물체를 볼 수가 있는 이유입니다.

 

이 영상은 베스트셀러 <시간은 흐르지 않는다>의 저자이자

세계적인 이론 물리학자인 카렐로 로벨리의 3년 만의 신작인

<나 없이는 존재하지 않는 세상>의 내용을 바탕으로 만들어졌는데요.

 

양자역학의 관측은

단순히 입자의 상태를 측량하는 게 아니라

입자의 상태를 결정짓는 매우 결정적인 행위로 여겨진다는 점에서

우리가 인식하고 있는 우주는

우리가 관측하는 것과 매우 긴밀한 관계에 있다고 주장합니다.

 

마치 오픈월드 게임 속에서

특정 오브젝트가 랜더링 되는 조건이

플레이어가 그 오브젝트를 관측할 수 있어야 하는 상황과

긴밀한 관계에 있는 것처럼 말이죠.

 

그렇다면 관측이란 무엇일까요?

책 <나 없이는 존재하지 않는 세상>에서는

양자역학에서 중요한 속성들인 양자도약, 양자중첩, 양자얽힘 같은 현상들이

결과적으로 모두 다 관측

즉 상호작용에 의해서만 이루어지는 일들이며

우주의 상호작용이 없다면

모든 입자가 중첩상태로 존재해서 입자가 존재하지 않으며

양자 도약이 없어서

에너지의 변화도 없는 상태가 된다는 점에서

상호작용이 없으면 이 세상에 존재할 수 없다라고 이야기하고 있습니다.

 

사실 현실이라고 부르는 이 세계는

상호작용하는 실체들의 광대한 네트워크입니다.

 

사람이 돌을 던지고

돌은 날아가서 공기를 움직이고

나무는 태양으로부터 산소를 만들고

사람들은 산소를 마시고

산소를 마신 사람들은

별을 보고, 지금 이 유튜브도 보게 되는 것이죠.

 

이 세계는 이렇게 끊임없이 상호작용을 하고 있습니다.

전혀 상호작용을 하지 않는 대상이 있다면

그것은 실제로는 존재하지 않는 것과 마찬가지라는 것이

카를로 로벨리의 주장인 것이죠.

 

양자역학 이전에는

모든 입자들과 물체들의 속성은

관측과는 관계없이 별개로 존재한다는 것으로 여겨졌지만

양자역학에 따르면

상호작용 때문에 존재할 수 있다는 것이 세상의 본질이라는 것입니다.

 

마치 오픈월드 게임에서

캐릭터가 해당 위치로 이동했다는 상호작용이 없다면

그 지역에 있는 오브젝트들이 존재하지 않는 것처럼

이 세상이 어찌 보면

카렐로 로벨리의 책 제목처럼

<나 없이는 존재하지 않는 세상>은 아닐까요?

그럼 이만.