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다세계론의 션 캐럴(Sean Carroll): Something Deeply Hidden을 읽고

10월 31, 2020

양자관련 어느 컨퍼런스를 가서 양자 역학의 어떤 해석을 가장 선호하는지 참석자들에게 비공개 여론조사를 해보면 꽤 높은 확률로 다세계 해석이 우세하게 나올 것이다. 코펜하겐 해석같은 보편적인 해석이라던가, 보헤미안 역학 혹은 QBism을 제치고 말이다. QZ은 양자 현실의 본질과 다세계를 소개하는 션 캐럴(Sean Carroll)의 최신 도서를 읽고 리뷰를 남겨보았다.

양자 역학과 다세계

양자 컴퓨팅은 차치하고, 어떻게 우주가 작동하는지를 이해하는 일은 매우 흥미로운 주제다. 양자 연구자들은 역사적으로 종종 그저 ‘닥치고 계산이나하며’ 살아야했는데 양자 세계에 대한 실제적인 해석이 너무나 어려웠기 때문이다. 파동함수는 그냥 붕괴하는 것인가? 파동함수는 뭐며 우리가 그 시스템을 관측하면 마법처럼 그저 사라져 버린다는 것인가(아니면 무슨 상호작용이라도 일어나는 것일까?)?

션 캐럴(Sean Carroll)은 그의 최신작업에서 왜 현재의 해석방식이 수많은 학자들에게 극도로 불만족스러운지, 특히 전통적인 코펜하겐 해석방식이 그저 잘못됐다고 믿는 이들에게 얼마나 스트레스인지, 독자들을 차근차근 인도해준다.

파동함수는 마법이 아니며, 양자 얽힘 현상은 관측 하에서 관찰자와 시스템 사이에 일어난다. 그러나 대부분의 텍스트 북은 이 부분을 누락하고 있으며 관찰자의 파동함수는 고려하지 않고있다. 이 책은 양자역학이 정답을 제공함에도 불구하고 그 결과 해석을 구미에 맞게하기위해 어떻게 조종(?)되어왔는지 상세히 알려준다 – 가령, 다세계를 애써 끌어들이지않으려 한다던지-.

모두를 지배하는 싱글 파동함수

션 캐럴이 주장하는 바는, 전 우주를 관장하는 한 개의 파동함수가 있으며 그 파동함수의 결이 깨질때 무언가가 일어나 ‘분화’가 일어나며 이는 다-세계의 출현을 의미한다는 것이다. 그 세계들 각각은 독립적이며 세계 간에는 상호작용을 할 수 없지만 분명히 존재한다. 많은이들에게 이는 마치 공상과학영화 시나리오처럼 들리겠지만, 션 캐럴 교수는 주장하기를 세계에는 한 개의 파동함수가 모든 것을 관장하고 여기에는 그 대안 우주도 포함된다는 것이다. 이 이론은 단순하며 우아하고 어떤 ‘반칙’도 저지르고 있지않다. 양자 역학 세계의 오캄의 면도날인 셈이다.

‘Something Deeply Hidden’에서, 션 캐럴 교수는 고전적인 양자 접근과, 기본 과학, 큐비트, 스핀과 양자 과학에서 획기적이었던 실험들이 갖고있는 기본적인 문제들을 짚어나간다. 양자 물리학에 대한 사전지식이 있건 없건 간에 이 과정은 꽤 재미있게 읽힐 수 있을 것이다. 션 캐럴 교수는 매우 어려운 개념들을 매끄럽고 이해하기 쉬우면서 재미있게 쓰는 전달하는 데에 대가이며, 그의 글에 빠져들다보면 점점 더 읽게 된다.

일러스트레이션이 사려깊게 들어가 이해에 도움을 주며 딱 적정한 수준의 수학이 들어가 양자 세계에 관심이 있는 이들에게 적극 추천하고 싶은 책이다. 책을 위해 요구되는 사전지식은 거의 제로에 가깝다고 본다.

양자역학의 대가들: 데이비드 도이치, 데이비드 봄, 닐스 보어, 휴 에버렛 등과 같은 대가들을 이 책에서 만날 수 있다. 이 책의 좋은 점은 이 분야의 맥락적인 정보를 제공한다는 것인데, 전반적으로 어떤 이론이 어떤 배경속에 등장하였으며 어떤 이론에 덧붙여 진것이며 그 배후에는 어떤 과학자들이 있었는가 등등이 자연스럽게 연결되어 읽기가 편한 것도 장점이다.

The Many Worlds of Sean Carrol: A review of Something Deeply Hidden

이러한 집필 작업은 상당한 노력을 필요로 할 것인데 특히 독자들이 이해하기 쉽도록 많은 노력을 기울였다는 것이 보인다. 알다시시피 션 캐럴(Sean Carroll)은 한가한 물리학자가 아니라 Caltech 칼텍에서 교수진을 맡고있으며 칼텍의 Walter Burke 이론물리학 연구소의 연구 교수로도 재직 중이다 (Walter Burke Institute for Theoretical Physics).

이렇게 여러 분야의 많은 사람들에게 높은 가치를 주는 책은 사실 드물게 찾을 수 있다. 심지어 활동중인 양자 연구원들은 “닥치고 계산이나” 라는 주문을 외우며 사는데, 이 장막 뒤에 숨은 이야기가 무엇인지 소개해주는 이 책은 분명 흥미롭다. 수년전 필자가 대학생일 때 이렇게 복잡한 논쟁들을 우아하게 소개해느주는 책을 읽을 기회가 있었으면 얼마나 좋았을까라는 아쉬움이 든다.

션 캐럴과 동의하는 점은, 그동안 양자 역학이 그래서 무엇을 의미하는지에 대하여 충분한 시간과 에너지가 투여되지 않았다는 점이다. 책을 읽고 만약 ‘다세계’에 대해 들어본 적이 없다면 놀랄 준비를 하시기 바란다. 만약 ‘다세계 이론을 들어봤다면’ 충분히 재밌는 이야깃거리들을 이 책에서 얻어가실 수 있다.

션 캐럴 교수가 양자 과학과 우주에 대한 수학을 이렇게 시원하게 소개하는 것을 보니 앞으로 이 책을 더 사서 지인들에게 선물해야겠다는 생각을 한다. 다세계에 관심을 가질 인물들은 필자가 아는 사람들 중에만 상당히 많다. 이렇게 어려운 주제를 눈을 뗄수없는 책으로 만들다니, 션캐럴 교수만이 할수있던 일이 아닌가 싶다.

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