당신은 오후 8시, 부엌에 서서 냉장고를 뚫어지게 쳐다보고 있습니다. 찰나의 순간, 당신은 모든 모습의 당신이 됩니다. 남은 파스타를 먹는 당신, 피자를 주문하는 당신, 그리고 시리얼 한 그릇이면 충분한 저녁 식사라고 결정하는 당신이 공존하죠. 양자 물리학의 언어로 표현하자면, 당신은 중첩(superposition) 상태에 있는 것입니다. 당신은 그 모든 선택지를 동시에 지닌, 잠재력으로 일렁이는 파동과 같습니다. 그러다 당신의 손이 움직입니다. 파스타를 집어 듭니다. 파동은 붕괴합니다. 결정이 내려졌습니다. 당신은 다시 지루하고 선형적인 세상 속 단 하나의 확정된 입자로 돌아왔습니다.
옥스퍼드 대학교의 양자 정보 과학 교수인 블라트코 베드랄(Vlatko Vedral)은 이것이 단순한 주중의 위기에 대한 은유가 아니라고 생각합니다. 그는 당신의 뇌가 매일 매초 실제로 이러한 양자 묘기를 부리고 있다고 주장합니다. 그의 관점에서 인간의 마음은 거대하게 서로 연결된 이중 슬릿 실험의 연속과 같이 작동합니다. 우리는 단순히 실리콘 컴퓨터처럼 데이터를 처리하는 것이 아니라, 파동과 입자 사이의 경계 위를 달리고 있습니다. 문제는 우리의 생물학적 특성이 다소 실망스럽다는 점입니다. 우리는 너무나 빠르게 그 파동들을 붕괴시켜, 훨씬 더 기묘한 현실의 좁고 3차원적인 단면에 갇히도록 설계되었습니다.
베드랄의 이론은 우리가 현재 생물학적 한계에 부딪혀 있음을 시사합니다. 우리의 창의성, 번뜩이는 천재성, 그리고 자아라는 감각 자체가 우리 두개골 안의 축축하고 따뜻한 환경에서 일어나는 양자 과정의 결과물일지도 모릅니다. 그러나 우리의 뇌는 소음이 많고 간섭에 취약하기 때문에, 우리는 '진실한' 우주를 아주 잠깐 엿볼 뿐입니다. 만약 뇌가 끊임없이 확정된 상태로 되돌아가는 것을 멈출 방법을 찾을 수 있다면, 우리는 빅뱅 이후 줄곧 우리 눈앞에 있었지만 보지 못했던 세상의 숨겨진 층위들을 마침내 볼 수 있을지도 모릅니다.
창의성 속에 숨은 생물학적 오류
대부분의 과학자는 뇌를 매우 정교한 생물학적 계산기로 취급합니다. 입력을 받고, 알고리즘을 실행하며, 출력을 생산한다는 것이죠. 만약 그것이 사실이라면, 인공지능은 인간의 경험을 완벽하게 재현할 수 있어야 합니다. 하지만 챗봇과 10분간 논쟁해 본 사람이라면 누구나 알듯이, 무언가 빠져 있습니다. AI는 딱딱하고 논리적인 경로를 따릅니다. AI는 결코 어디선가 솟아난 것 같은 '유레카'의 순간을 경험하지 않습니다. 커피를 내리는 동안 불가능한 시나리오들을 배회하는 잠재의식도 없습니다.
베드랄은 이러한 '천재적인 번뜩임'을 양자 간섭의 증거로 지목합니다. 표준 컴퓨터에서 비트(bit)는 1 아니면 0입니다. 양자 시스템에서 큐비트(qubit)는 측정되기 전까지 둘 다일 수 있습니다. 베드랄은 우리의 잠재의식이 그 '둘 다'인 상태에서 시간을 보내며 방대한 아이디어의 지형을 동시에 탐색한다고 믿습니다. 새로운 생각이 갑자기 의식 속으로 떠오르는 것은 양자 간섭 과정이 결정적인 결과에 도달했기 때문입니다. 이는 수천 가지의 서로 다른 경로가 한꺼번에 저울질되고 융합된 결과입니다.
인간이라는 존재의 비극은 이 '양자 방랑'의 기간이 믿을 수 없을 정도로 짧다는 것입니다. 우리의 뇌는 본질적으로 우리를 현실로 되돌려 놓도록 조작되어 있습니다. 생존을 위해서는 확신이 필요하기 때문입니다. '호랑이로부터 도망치기'와 '호랑이 쓰다듬기'를 동시에 중첩된 상태로 오래 유지할 수는 없으니까요. 베드랄은 우리의 내성적인 본성, 즉 의식이 끊임없이 스스로를 점검하는 행위가 물리학 실험에서의 관찰자처럼 작용한다고 주장합니다. 자신의 생각을 들여다봄으로써 우리는 그것들이 파동이기를 멈추고 입자가 되도록 강요합니다. 우리는 스스로 정신적 한계의 설계자인 셈입니다.
영혼을 위한 하드웨어 업그레이드
만약 뇌가 실제로 양자 기계라면, 다음의 논리적 단계는 그것을 이해하는 것을 넘어 해킹하는 것입니다. 베드랄은 의식을 확장하기 위해 약물이나 명상에 의존하는 대신, 뉴런과 직접 인터페이스하도록 설계된 양자 칩을 사용하는 미래를 상상합니다. 이것은 위키백과를 시각 피질로 다운로드하는 것과는 다릅니다. 뇌 속의 양자 상태를 위한 '방패'를 만드는 것입니다. 이 칩들은 본질적으로 영혼을 위한 노이즈 캔슬링 시스템으로 작용하여, 우리의 사고가 지루하고 선형적인 논리로 붕괴되도록 강요하는 생물학적 간섭을 억제할 것입니다.
심야 SF 영화의 줄거리처럼 들리지만, 이미 전 세계 실험실에서는 그 기반이 다져지고 있습니다. 과제는 양자 마법이 어디에서 일어나는지 찾는 것입니다. 수년 동안 과학계는 뇌가 양자적일 수 있다는 생각을 비웃었습니다. 그들은 뇌가 얽힘의 섬세한 상태가 살아남기에는 너무 '따뜻하고 축축하다'고 주장했습니다. 그러나 영국의 물리학자 로저 펜로즈는 세포 내의 미세한 구조적 관인 미세소관(microtubules)을 이 양자 활동의 잠재적 장소로 오랫동안 지목해 왔습니다. 만약 이 구조들이 양자 결맞음을 보호하고 있다면, 그것들이 바로 우리가 활용해야 할 하드웨어인 셈입니다.
빈 진공에 대한 신화
베드랄이 내부 하드웨어에 집중하는 동안, 다른 연구자들은 그가 말하는 '숨겨진 층위'가 매우 실재하며 물리적으로 측정 가능하다는 증거를 찾고 있습니다. 우리는 우주를 사건이 일어나는 빈 무대로 생각하는 경향이 있습니다. 하지만 최근의 실험들은 '빈' 공간조차 전혀 그렇지 않다는 것을 보여주었습니다. 물리학자들은 최근 아무것도 없는 것처럼 보이는 곳에서 입자를 만드는 데 성공했으며, 진공이 실제로는 숨겨진 활동이 소용돌이치는 바다라는 것을 증명했습니다.
이 진공은 단순한 빈 공기가 아닙니다. 그것은 고에너지 충돌 중에 물질이 형성되는 방식을 결정하는 '쿼크 쌍'과 요동치는 에너지 장으로 가득 차 있습니다. 이는 옥스퍼드의 또 다른 거물인 팀 팔머(Tim Palmer)가 제안한 더 넓은 범위의 '숨겨진 규칙' 이론과 일치합니다. 기후 물리학 연구 교수인 팔머는 우주가 보이는 것만큼 무작위적이지 않다고 주장합니다. 그가 보기에 우리가 '운'이나 '무작위성'이라고 인식하는 것은 사실 숨겨진 기하학, 특히 '불변 집합(invariant set)'이라 부르는 프랙탈 구조에 의해 지배됩니다.
나쁜 운은 단지 나쁜 기하학일 뿐일까?
팔머의 연구는 이를 운명과 불편할 정도로 유사한 영역으로 가져갑니다. 만약 우주가 이러한 불변 집합 규칙을 따른다면, 자동차 사고부터 우연한 만남까지 모든 사건은 현재 우리의 뇌가 지도화하기에는 너무 복잡한, 엄격한 기하학적 경로의 일부일지도 모릅니다. 그는 우리의 표준 물리학 모델이 일이 왜 그렇게 일어나는지 설명하는 이 '숨겨진 변수'를 놓치고 있다고 주장합니다. 우주가 혼란스러운 것이 아니라, 우리가 상상하는 것보다 훨씬 더 구조적이라는 것입니다.
이는 의식 확장이라는 베드랄의 아이디어와 매혹적인 긴장 관계를 형성합니다. 만약 우리가 숨겨진 층위를 보기 위해 양자 칩을 사용한다면, 우리는 자유 의지가 더 많다는 것을 알게 될까요, 아니면 적다는 것을 알게 될까요? 만약 우주의 프랙탈 기하학을 볼 수 있다면, 우리의 '선택'이 사실은 진공에 의해 결정된 파동 함수의 불가피한 붕괴에 불과했음을 깨닫게 될까요? 베드랄은 여전히 낙관적입니다. 그는 우리의 '파동적' 처리를 확장함으로써 실제로 우리의 창의적 능력을 높일 수 있다고 제안합니다. 우리는 머릿속에 떠오르는 첫 번째 확정적 생각의 노예가 되는 것을 멈추고, 우주 그 자체와 같은 수준에서 작동하기 시작할 것입니다.
이에 대한 반발은 예상대로 거셉니다. 대부분의 신경과학자는 여전히 의식이 고전적인 화학과 전기로 설명될 수 있다고 믿습니다. 그들은 '양자 뇌' 이론을 문제에 대한 해결책이 아니라 문제를 찾아 헤매는 이론으로 봅니다. 그들은 마음을 설명하기 위해 양자 역학을 끌어들이는 것은 '또 다른 미스터리로 하나의 미스터리를 대체하는 것'일 뿐이라고 주장합니다. 하지만 우리가 양자 컴퓨터를 더 잘 만들게 됨에 따라 '생물학적' 처리와 '양자적' 처리 사이의 간극은 좁아지고 있습니다. 우리는 이미 소리 레이저를 만들었고 진공에서 물질을 창조했습니다. 양자 뇌라는 아이디어는 더 이상 90년대처럼 변방의 이론이 아닙니다.
너무 많이 보는 것의 대가
만약 그 한계를 제거한다면, '당신'이라는 개념은 녹아내리기 시작할 것입니다. 이것은 올더스 헉슬리가 메스칼린을 실험했을 때 내놓았던 경고였습니다. 그는 '확장된 마음(mind at large)'을 보았지만, 동시에 인간의 뇌가 우주에 있는 막대한 정보량에 짓눌리지 않도록 보호하는 감압 밸브 역할을 한다는 사실도 깨달았습니다. 베드랄의 양자 칩은 본질적으로 그 밸브를 활짝 열어젖히는 방법이 될 것입니다. 그것은 궁극적인 황홀경이겠지만, 동시에 우리가 알고 있는 인간 경험의 종말이 될 수도 있습니다.
현재로서는 우리는 생물학적 껍데기에 갇혀 왜 피자가 아니라 파스타를 선택했는지 의아해할 뿐입니다. 하지만 옥스퍼드에서 나오는 연구들은 냉장고, 부엌, 그리고 그 안에 서 있는 사람 모두가 보이는 것보다 훨씬 더 신비롭다는 것을 시사합니다. 우리는 고전적인 세상에 사는 양자 시스템이며, 마침내 지도의 나머지 부분을 볼 수 있게 해 줄 기술을 기다리고 있습니다. 그것이 뇌 속의 칩을 통해서든, 진공에 대한 새로운 이해를 통해서든, 메시지는 분명합니다. 당신이 보는 것은 결코 당신이 얻는 전부가 아닙니다.
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