박권 고등과학원 교수, "AI로도 미래 예측 불가능… 양자역학은 미래가 정해져 있지 않다고 말한다"

박권 교수는 인공지능 기술이 아무리 발전하더라도 미래를 한 치의 오차 없이 정확히 예측하는 것은 불가능하다고 강연을 시작했다. 그는 이어서 이러한 예측 불가능성의 근원을 물리학적 관점에서 설명할 것이라고 밝혔다. 인공지능이 방대한 데이터를 분석하고 학습할 수 있지만, 그럼에도 불구하고 미래를 완벽하게 예측하는 데는 본질적인 한계가 존재한다는 점을 지적했다.

박권 교수는 동양의 명리학과 서양의 점성술을 언급하며 전통적인 미래 예측 방식을 소개했다. 명리학은 사람이 태어난 시각에 의해 운명이 결정된다고 주장하며, 점성술은 사람이 태어난 시각에 벌어진 천문 현상이 운명에 영향을 미친다고 본다. 이 두 방식은 모두 태어난 시점의 특정 조건이 미래를 결정한다고 믿는다는 공통점이 있다.

박권 교수는 명리학과 점성술과 같은 전통적인 미래 예측 방식은 '말도 안 되는 미신일 뿐'이라고 단언했다. 그는 사람의 운명이 단순히 태어난 시각 같은 단일 요소에 의해 결정되는 것이 아니라, 수없이 많은 요소들이 복합적으로 작용하여 만들어지는 결과이기 때문이라고 설명했다. 이는 복잡한 세상의 상호작용을 단편적인 정보로 설명하려는 시도의 한계를 지적하는 것이다.

박권 교수는 뉴턴 역학으로도 물체가 단 세 개만 모여도 그 움직임을 정확히 예측할 수 없다고 설명하며 '삼체 문제'를 소개했다. 삼체 문제는 뉴턴의 운동 방정식으로 두 물체의 움직임은 완벽하게 예측할 수 있지만, 세 물체부터는 예측이 불가능해진다는 고전 역학의 난제다. 물체들 간의 복잡한 중력 상호작용으로 인해 초기 조건이 아무리 정확해도 시간이 지나면 예측 불가능한 궤적을 그리게 된다는 것이 삼체 문제의 핵심이다.

인류는 삼체 문제를 연구하는 과정에서 '카오스(혼돈) 현상'을 처음 알게 되었다. 박권 교수는 카오스란 초기 조건에 존재하는 아주 작은 차이가 예측할 수 없는 전혀 다른 결과를 초래하는 현상이라고 설명했다. 이 현상은 이른바 '나비 효과'라는 별명으로도 잘 알려져 있으며, 먼 곳의 나비의 작은 날갯짓이 지구 반대편의 폭풍으로 이어질 수 있다는 비유로 유명하다. 이는 뉴턴 역학적 결정론에 균열을 내기 시작한 중요한 발견이다.

카오스 현상은 우주를 지배하는 뉴턴의 운동 방정식이 인과적으로 완벽하게 결정되어 있더라도 미래 예측이 불가능함을 시사한다. 그 이유는 초기 조건을 무한히 정확하게 측정할 수 없기 때문이다. 박권 교수는 만약 초기 조건을 무한히 정확하게 측정할 수 있다면 미래를 정확히 예측할 수 있을 것이고, 이는 미래가 이미 정해져 있는데 우리가 단지 모르는 것뿐이라는 의미로 해석될 수 있다고 설명했다. 하지만 실제로는 초기 조건을 무한히 정확하게 측정하는 것은 불가능하다.

박권 교수는 앞선 뉴턴 역학적 관점이 '틀렸다'고 단언하며, 양자역학에 따르면 미래는 애초에 하나로 정해져 있지 않다고 강조했다. 그는 양자역학적 관점에서 미래는 단일한 결과가 아니라, 일어날 수 있는 모든 일들의 '중첩(superposition)'으로 존재한다고 설명했다. 이는 미래가 고정된 실체가 아니라 여러 가능성이 동시에 존재하는 상태임을 의미한다.

양자역학에 따르면 우리가 미래를 알기 위해 관찰하는 순간, 미래는 일어날 수 있는 모든 가능성 중에서 무작위로 하나가 선택되어 현실로 나타난다. 박권 교수는 관찰이라는 행위가 비로소 중첩된 상태를 하나의 특정 상태로 '붕괴'시키며 미래를 결정한다고 설명했다. 즉, 미래는 미리 정해져 있는 것이 아니라 관찰 행위에 의해 비로소 구체화된다는 것이다.

박권 교수는 전자의 이중 슬릿 실험을 우화로 설명하며 양자역학의 핵심 원리를 소개했다. 드브로이의 파동-입자 이중성에 따르면 전자는 입자이면서 동시에 파동의 성질을 갖는다. 이 실험에서 전자는 두 개의 문 중 하나를 선택하지 않고, 두 개의 파동으로 쪼개져 각각의 문으로 동시에 흘러들어간다. 이는 미시 세계의 입자가 우리가 상상하는 방식과는 다르게 행동함을 보여주는 결정적인 실험이다.

양자역학의 법칙에 따라 전자가 두 문으로 동시에 흘러들어간 후, 벽에 부딪히기 전까지는 세 파동의 형태로 존재한다. 박권 교수는 이 파동들의 '세기'가 전자가 벽의 어느 지점에 도달할 것인지를 결정하는 '확률'을 나타낸다고 설명했다. 즉, 특정 지점의 파동 세기가 강할수록 전자가 그곳에 존재할 확률이 높다는 것이다. 이는 양자역학이 미래를 확률적으로 기술한다는 점을 보여준다.

박권 교수는 고전역학과 양자역학이 전자의 움직임을 어떻게 예측하는지 비교했다. 만약 미시 세계가 고전역학의 지배를 받았다면, 전자는 왼쪽 또는 오른쪽 문 중 하나를 택해 단 두 개의 줄무늬만 남겼을 것이다. 그러나 실제 실험에서는 전자가 무수히 많은 줄무늬를 나타내는 '간섭' 현상이 관찰된다. 이 간섭 현상은 전자가 두 문을 동시에 통과했다는 양자역학적 특성을 명확히 보여준다.

간섭 현상이 드러내는 양자역학의 핵심은 전자가 벽에 부딪히기 전까지 '왼쪽으로 통과하는 경우'와 '오른쪽 문을 통과하는 경우'의 중첩으로 미래가 존재한다는 것이다. 이 실험은 영의 이중 슬릿 실험으로 알려져 있으며, 전자가 한 번에 두 가지 상태를 동시에 가지고 있을 수 있다는 양자역학의 기본 원리를 시각적으로 증명한다. 즉, 전자의 미래는 관찰되기 전까지는 단일하게 결정된 것이 아니라 모든 가능성이 동시에 존재하는 상태임을 의미한다.

박권 교수는 우리가 전자의 움직임을 '관찰'하는 순간, 앞서 보았던 무수히 많은 간섭 줄무늬가 사라지고 대신 고전역학처럼 단지 두 개의 줄무늬만 남는다고 설명했다. 이는 우리가 관찰하지 않을 때는 전자가 양자역학적으로 행동하여 중첩 상태를 유지하지만, 관찰하면 고전역학적으로 행동하여 특정 상태로 결정된다는 것을 의미한다. 결국 '우리의 관찰'이 전자의 행동 방식을 근본적으로 변화시킨다는 것이 양자역학의 중요한 특징이다.

박권 교수는 미래가 하나로 정해져 있지 않고 일어날 수 있는 모든 일의 중첩으로 존재한다고 다시 한번 강조했다. 그리고 우리가 미래를 관찰하는 순간, 미래는 이 모든 가능성 중 하나로 무작위적으로 결정된다고 설명했다. 이 현상을 '파동 함수의 붕괴'라고 부르며, 아무리 컴퓨터와 인공지능이 발전해도 이러한 무작위적인 파동 함수의 붕괴를 미리 예측할 수는 없다고 역설했다. 이는 미래 예측의 본질적인 불가능성을 뒷받침하는 양자역학적 근거다.

박권 교수는 미래를 정확히 예측할 수 없다는 것이 사실은 '축복'이라고 강조했다. 왜냐하면 이는 초기 조건과 인과 법칙만으로는 전혀 예측할 수 없는 새로운 일이 일어날 수 있음을 의미하기 때문이다. 이는 우리 삶이 태어나는 순간 결정되는 것이 아니라, 살아가는 동안 언제나 더 나은 내일을 위한 희망이 있음을 뜻한다. 우리 삶이 완벽하게 결정되어 있지 않기에 우리는 오늘을 더욱 의미 있게 살 수 있으며, 이러한 현상을 전문적으로 '창발(emergence)'이라고 부른다.

박권 교수는 인간이 단순히 몸을 이루는 원자와 분자들의 단순한 조합이 아니라, '우리'라는 창발적인 존재가 될 수 있는 이유가 결국 예측 불가능한 양자역학 덕분이라고 설명했다. 양자역학의 불확실성과 무작위성이 존재에 새로운 가능성과 변화의 여지를 제공하며, 이는 인간이 단순한 물리적 합을 넘어선 복잡하고 독창적인 존재로 성장할 수 있는 기반이 된다는 것이다.

박권 교수는 양자역학의 '관찰이 파동 함수를 붕괴시킨다'는 성질을 이용하면 '시간을 멈추는 마법'을 부릴 수 있다고 설명했다. 만약 어떤 대상을 끊임없이 관찰하면, 그 대상의 파동 함수는 다른 상태로 변화하지 않고 계속 똑같은 원래 상태로 붕괴하게 된다는 것이다. 결국 끊임없는 관찰은 시간이 지나도 파동 함수가 변하지 않도록 만들어 시간을 멈추게 하는 것과 같은 효과를 낸다. 물리학자들은 이를 '계속 쳐다보는 주전자는 결코 끓지 않는다'는 농담으로 설명하며, 이 현상의 전문적인 이름은 '양자 제논 효과'이다.

강연을 마무리하며 박권 교수는 우리가 서로를 외면하지 않고 사랑하는 사람의 얼굴을 바라보고 따뜻하게 관찰한다면, 그 사랑하는 사람의 시간을 잠시나마 멈출 수 있다고 말했다. 그는 예측 불가능한 양자역학의 지배를 받고 있는 우주 속에서 인간이 서로를 구원할 수 있는 방법은 결국 '서로를 따뜻하게 관찰하는 것'이라고 강조했다. 이는 양자 제논 효과를 인간 관계에 은유적으로 적용하며, 관심과 사랑이 서로의 존재를 지속하고 지키는 힘이 될 수 있다는 메시지를 전달했다.