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우리가 살아가는 우주와 비슷한 다른 우주들이 존재하고 있으며,

그 곳에서 각각 다른 모습으로 살아가는 다른 '나'들이 있다고 현대과학이 말하고 있다.

내가 쓰는 돈 보다 버는 돈이 더 많은 부자로 살아가는 우주,

모두가 부러워하는 성공을 손에 넣은 채로 살아가는 우주,

특정 분야에 탁월한 재능을 가진 천재로 살아가는 우주,

이 모든 우주들이 동시에 존재하고 있다는 공상과학(sf) 같은 소리를

사이비종교도, 철학도 아닌 현대물리학이 하고 있다.

대부분의 현대인들에게는 전혀 생소한 거짓말 같은 소리로 들릴 수 있으며

설령 알게 된다고하더라도, 그런 것이 내 삶과 어떤 연관이 있는지

바로 떠올리기 힘들 정도로 우리는 모두 몸과 마음이 바쁜 하루하루를 살아간다.

하지만 당신이 pgr의 이 글을 클릭하게 됐다는 것은,

어쩌면 당신의 우주는 당신에게 지금 이 순간

바쁜 일상에서 벗어나 pgr에서 잠시 쉬어감을 제안하고 있는 것일지도 모른다.

그렇다면 잠시 쉬어가는 김에,

도대체 어떻게 현대과학이 다중우주 같은 뚱딴지 같은 소리를 하게 된 건지

살짝 들여다보자.

뉴턴의 중력, 맥스웰의 전자기력, 아인슈타인의 상대성이론을 거쳐

발달해온 현대물리학은 전 우주의 모든 것을 단 하나의 공식으로 설명하는 궁극의 이론을 가지고 있는데, 

그것은 바로 모든 것의 이론(Theory of Everything)이다.

그리고 이 모든 것의 이론의 가장 강력한 후보로 꼽히는 끈이론은

우리가 살아가는 우주는 총 11차원으로 이루어져 있으며,

'우리의 우주와 비슷하거나 조금씩 다른 모습을 지닌 우주가

즉 다른 모든 가능성을 지닌 다른 우주들이 반드시 존재한다'고 말한다.

어떻게 모든 과학의 영역 중에서도 머리 좋은 사람들이 몰린다는 물리학,

그 중에서도 천재들의 공헌이 총 집합된,

현대 과학의 결정체라고 할 수 있는 끈이론이

공상과학 소설에나 나올 법한 다중우주 같은 이야기를 하고 있는 것인지

살펴보기 위해서는, 한 가지 이야기를 들여다봐야 한다.

그것은 바로 역대 노벨상 수상자들조차 의견이 제각각일 정도로 엄청나게 난해해서

우주의 운명을 걱정했던 故스티븐 호킹 박사조차

"누군가 슈뢰딩거 고양이 이야기를 꺼낸다면, 총으로 쏴버리고 싶어요."

라고 이야기했던 역사에 길이 남을 [슈뢰딩거의 '고양이 역설'] 이야기다. 

1935년, 슈뢰딩거는 물리학의 주류로 떠오른 양자물리학자들을

일거에 날려버리겠다는 일념으로 역사에 길이 남을 <고양이 역설>을 제안했다.

귀여운 고양이 한마리가 밖에서는 절대 볼 수 없는 완전히 밀폐된 상자 속에 갇혀 있다.

상자 안에는 치명적인 독가스를 채운 병이 있다.

독가스 병 위에는 망치가 있고 망치는 가이거 계수기라는 방사능을 측정하는 장치와 연결되어 있다. 

가이거 계수기가 방사능을 감지하는 순간 망치를 떨어뜨려 병이 깨지고 독가스가 흘러나와 고양이는 죽게된다.

이 상태에서 상자 안에 시간당 50%의 확률로 방사능을 내뿜는 우라늄 한 덩어리를 집어넣는다.

이 말은 한 시간 뒤 50%의 확률로 우라늄이 방사능을 내뿜는다는 이야기고,

그 말인 즉슨, 한 시간 뒤에 50%의 확률로

가이거계수기가 망치를 떨어뜨려 독가스병이 깨진다는 이야기다.

한 시간 뒤 상자 속 고양이는 어떻게 되어 있을까?

양자역학자들에 의하면 관찰하기 전까지 고양이의 상태는 '살아있는 고양이 파동'과 '죽은 고양이 파동'을 더한 상태이다

즉, 누군가가 상자의 뚜껑을 열어서 내부상태를 확인하지 않는 이상

고양이는 삶과 죽음이 중첩된 세계에 존재하게 된다.

한 가지 오해하지 말아야 할 것은,

이 얘기는 고양이가 '반쯤 죽었다'라는 뜻은 아니다

뚜껑을 열고 확인하면, 고양이는 완전히 건강한 모습으로 멀쩡하게 살아있거나

독가스를 마시고 완전히 죽었거나 둘 중 하나다.

그러나 누군가 상자의 뚜껑을 열고 내부상태를 확인하지 않는 한

고양이는 삶과 죽음이 중첩된 세계에 존재하게 된다.

바로 이 부분이 고양이 역설의 핵심이다.

슈뢰딩거는 이렇게 말한 것이다.

"그래, 양자역학자들 너희가 말하는 바가 맞다면,

그런 미시세계에서의 현상이 거시세계까지 확장되어 일어났을 때

논리적으로 설명할 수 없는 이런 모순이 생기잖아!

고양이가 살아있지도, 죽어있지도 않은 중첩상태라니

그게 무슨 소리야!? 말이 돼?"

그런데, 

그게 말이 된다.

원래 미시세계에 적용하는 물리학으로 출발했지만,

지금은 다양한 기술에 적용되며 현대과학의 주춧돌이 된 양자역학은

크게 세 가지 해석방법으로 고양이 역설을 해결하고 있다.

고양이의 상태를 하나로 결정하려면

[누군가]가 상자의 뚜껑을 열어서 내부를 들여다봐야 한다.

간단히 말해서, 관찰이라는 행위를 실행해야 한다는 것이다.

그러면 고양이의 파동이 '붕괴되면서' 하나의 파동만 살아남고,

고양이의 생사가 하나로 결정된다.

즉, 고양이의 존재와 상태를 결정하는 것은 다름 아닌 관찰행위이다.

양자계에 관찰행위가 개입되면 두 개의 파동이 마술처럼 사라지고,

단 하나의 파동만 남게 된다.

그렇다.

이것이 바로 '신은 주사위를 던지지 않는다.'라고 반박했던 아인슈타인이

너무나도 인정하고 싶지 않아했던 코펜하겐 해석이다.

이 이론에 따르면 나무는 누군가에 의해 관측되지 않는 한

묘목, 숯, 톱밥, 이쑤시개 등 '모든 가능한 상태'로 존재할 수 있다.

하지만 당신이 바라보는 순간, 나무의 파동이 갑자기 붕괴되면서

하나의 상태로 결정된다.

그렇다면, 고양이가 죽거나 살거나는 그 상자를 열어볼지 말지 결정하는 관찰자의 의지에 달려있고

관찰이라는 행위가 결과에도 영향을 준다는 뜻인가? 

선뜻 이해가 되는 말은 아니다.

최고의 천재 과학자 아인슈타인에게도 마찬가지였다.

그래서 아인슈타인도 이렇게 말했다.

"내가 바라보지 않을 때에도 달이 존재한다고 믿고 싶다."

이렇듯 "물체를 직접 관측하지 않는 한, 그 물체는 존재하지 않는다." 라는

유아론적 개념과 맞닿아 있는 듯한 이 이야기는 아인슈타인 뿐만 아니라 우리 모두의 좌뇌를 불편하게 한다.

앞서 말했듯이 과학교과서에서 정설로 인정하고 가르치는 코판하겐 해석 외에도

현대과학이 고양이 역설을 해석하는 방법에는 두 가지가 더 있다.

두번째 방법으로 넘어가보자.

그런데 지금부터 나오는 두 번째, 세 번째 내용을 다루기 위해서

우리는 '신'과 '다중우주'라는 낯선 세계로 들어가야만 한다.

이 해석은 첫번째 해석(코펜하겐 해석)과 맥락을 같이 한다.

양자역학의 기초를 확립한 노벨상 수상자 유진 위그너는 1967년, 고양이 역설에 관한 두 번째 해석을 내놓았는데

그는 "오직 의식이 있는 인간만이 관찰을 통해 파동함수를 붕괴시킬 수 있다"고 주장했다.

즉, 관찰자가 관찰행위를 할 때만 전자가 입자화되는 현상을 확대해서, 

입자의 물리세계가 존재하기 위해서는 생명/의식을 가진 관찰자가 필요하다는 이야기다.

그런데 그런 [관찰해주는 사람]이 존재한다는 것을 어떻게 알 수 있을까?

그러기 위해서는 그 관찰하고 있는 사람[을 관찰하는 사람]이 있어야 된다.

그런데 이 관찰하고 있는 사람을 관찰하는 두번째 관찰자는 살아있을까? 존재할까?

그것을 확인하려면 두 번째 관찰자를 관찰할 세번째 관찰자가 필요하게 되고

세 번째 관찰자를 확인할 네 번째 관찰자가 필요하게 되고

이러한 연결고리가 끝없이 계속된다.

이전의 파동함수를 붕괴시켜서 이전 관찰자가 살아있음을 확인하려면

무한히 많은 혹은 넓은 시선의 관찰자가 있어야 하므로, 

결국 우리는 '우주적 의식' 또는 '신'이라는 개념을 도입해야 한다.

관찰행위가 의식에 의해 이루어지는 것이라면 거기에는 최종적으로는 모든 것을 지켜보면서

“우리가 어떤 상태에 놓일지를 결정하는 [우주의식]이 존재해야 한다.”는 주장이다.

유진 위그너는 그의 저서에서 "[의식]을 언급하지 않고서는 타당한 양자이론의 체계를 구축할 수 없다."고 말했다.

그는 훗날 영적인 활동(과학과 종교의 합일)에 심취했다고 한다.

이 위그너의 해석에 의하면,

신 또는 우주적 의식이 우리 모두를 지켜보면서 우리의 파동함수를 붕괴시키고 있기 때문에 우리가 살아 있는 것이다.

이번에도 말이 되지 않는 것 같은 이 해석 또한 코펜하겐 해석과 물리적 결과가 동일하기 때문에 반증조차 할 수 없다.

우리는 여기서 다시 한번, 쉽게 이해되지 않는 혼란에 빠지게 된다.

만물의 근원이 의식이라니.

이게 철학인가, 과학인가, 종교인가, 아니면.. 

하지만 괜찮다.

리차드 파인만에 의하면

양자역학은 어차피 그를 포함해 아무도 모른다.

그러니 불편함을 떨치려 하지 말고, 이해도 잠시 뒤로 미루고,

세 번째 해석으로 넘어가보자

1957년, 휴 에버렛은 고양이 역설을 해석하는 세 번째 방법

이른바 ‘다중세계 해석many-world interpretation’을 제안했다.

이 해석에 따르면 우주는 끊임없이 여러 갈래로 갈라지면서

다중우주(평행우주)의 형태로 존재한다.

하나의 우주에서는 고양이가 살아 있고, 다른 우주에서는 고양이가 죽어 있는 식이다.

이것을 요약하자면 다음과 같다.

“파동함수는 붕괴되지 않고 여러 갈래로 갈라진다.”

에버렛의 다중우주이론이 코펜하겐 해석과 다른 점은 파동함수의 붕괴와 관련된 마지막 가정뿐이다.

어떤 면에서 보면 다중우주는 양자역학의 가장 단순한 형식이라 할 수 있지만, 

그와 동시에 가장 받아들이기 어려운 해석이기도 하다.

다중우주 접근법은 매우 의미심장한 결과를 낳았다.

이 해석에 따르면 제아무리 희한하고 불가능해 보인다고 해도,

이론적으로 가능한 우주는 모두 존재한다.

우리 모두 저 다른 평행우주 어딘가에서는 눈부신 외모로 살아가는 우주도,

부와 성공을 거머쥐고 빌게이츠보다 부자로 살아가는 우주도 있는 것이다.

평행우주 중에는 생명체가 아예 존재하지 않는 우주도 있겠지만, 대부분은 우리 우주와 거의 비슷할 것이다.

사소한 하나의 양자적 사건 하나로 두 우주가 어떻게 달라질 수 있는지 예를 들어보자

철수가 영희에게 고백을 해서 성공하게 되는 시나리오의 우주와 실패하게 되는 시나리오의 우주가 각각 존재한다.

고백에 성공해서 영희와 결혼한 철수의 인생은 자녀를 갖는 우주와 갖지 않는 우주로 나뉘어진다.

고백에 실패한 인생의 우주에서는 

싱글로 남거나 혹은 다른 이성을 만나는 우주가 파생된다.

이 파생된 우주들은 다시 또 모든 가능성을 가지는 각각의 인생 트랙으로 나뉘어지고

이 모든 가능성을 지닌 다른 우주들이 동시에 존재하고 있으며

그렇게 우주는 무한히 갈라져 나가며 다른 차원으로도 팽창과 확장을 계속하고 있다는 이야기다.

그런데 파동이 정말로 끊임없이 가지를 치면서 완전히 새로운 우주를 만들어낸다면,

우리는 왜 그 우주를 느낄수도, 만질수도, 방문할 수도 없는 걸까?

또 다른 노벨상 수상자인 스티븐 와인버그는

이것을 '거실에서 라디오 듣기'에 비유했다.

거실 안에는 라디오 방송국에서 송출한 수많은 라디오 주파수가 혼재하고 있지만,

당신의 라디오는 그중 단 하나의 주파수에 맞춰져 있기 때문에 다른 주파수와는 '결어긋남 상태'에 있는 것이다.

다시.

당신의 라디오는 당신이 부자, 배우, 또는

다른 여러 모습으로 살아가고 있을 여러 우주의 당신들과 주파수가 일치하지 않으므로 수신할 수가 없다.

즉, 당신과 그들은 결어긋남 상태에 있는 것이다.

이렇게 현대과학은 양자역학에 대해 세 가지의 해석을 가지게 됐다.

어떤 해석이 맞는지 실험으로 검증하면 되지 않냐고 묻는 사람도 있지만, 속사정은 이렇다.

전자를 대상으로 어떤 실험을 수행해도 세 가지 해석이 모두 동일한 결과를 낳으므로, 어느 것이 옳은지 판단할 수가 없다.

즉, 어떤 해석이 옳은지를 판단하는 것은 (현재로서는, 아마 앞으로도 계속) 실험의 한계를 넘어선 문제다.

양자역학이라는 주제와 늘 함께 다니는 '의식'이라는 것 또한 인간의 눈에 보이지 않는,

여태껏 많은 부분 베일에 가려져왔던 영역이다.

일각에서는 '의식이 현실을 창조한다'고 하며 '원하는 현실을 창조하는 방법', '끌어당김의 법칙' 같은 이야기를 하는

책과 소설들이 인기를 끌기도, 비판을 받기도 한다.

과연 의식이란 무엇일까?

우리는 '의식'이라는 것에 대해서 얼마나 알고 있을까?

인간의 언어라는 도구로 묘사된 사전적 정의보다

더 넓고 포괄적인 의미도 가지고 있다는 것을 우리는 잘 알고 있다.

그리고 우리는 의식이 인간 정신과 깊은 관련이 있다는 점 또한 알고 있다.

인간 정신을 다루는 심리학에서 쓰이는 여러 개념을 창시한 스위스의 정신과 의사였던 칼 융은

집단무의식에 대한 깊은 연구를 통해 정신분석학을 발달시키고

인간의 의식과 관련된 많은 저서들을 남긴,

심리학의 3대 거장 중 한 명이다.

그가 제창한 개념 중에서 많은 학자들에게 가장 흥미로운 이론으로 꼽히는 '동시성 이론'은

전혀 관계가 없어보이는 어떤 두 가지 사건이 어떤 알 수 없는 힘에 의해 '동시 발생'하는 것을 말한다.

닐스보어와 하이젠베르크의 동료이자 파울리의 배타 원리로 노벨상을 수상한 양자물리학자 볼프강 파울리는

자신에게 계속 벌어지는 논리적으로 설명되지 않는 이상한 현상들 때문에 칼 융을 찾아가 다년간 논의를 나누며

'동시성 이론'과 '양자역학' 사이의 공통점을 발견하고 서로의 연구에도 큰 영향을 미쳤다고 한다.

"바라보지 않으면 존재하지 않지만, 바라봤을 때 그 현실이 펼쳐진다" 라는 교집합을 갖고 있는 이 신기한 두 가지 이론들은

어쩌면 나의 우주와 결어긋남 상태에 있던

다른 우주의 주파수를 끌어오는 현상은 아닐까? (여러분! 모두 뻥인거 아시죠!?)

자세한 건 다음 회에서 살펴보자.