제1부 마음을 이해하려면 왜 새로운 물리학이 필요한가? : 의식적 사고의 컴퓨팅 불가능성 1장 의식과 컴퓨팅 2장 괴델식 주장 3장 수학적 사고의 컴퓨팅 불가능성
제2부 마음을 이해하려면 어떤 새로운 물리학이 필요한가? : 마음의 비컴퓨팅적 물리학을 찾아서 4장 마음은 고전물리학에서 다룰 수 있는 것인가? 5장 양자세계의 구조 6장 양자론의 실재 7장 양자론과 두뇌 8장 의미?
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개요
로저 펜로즈는 인간의 두뇌의 의식을 다룬 명저 [황제의 새 마음]의 저자로 잘 알려져 있다. 그는 [황제의 새 마음]을 통해 물리적 구조에 '정신'이 깃들 가능성을 탐구해나갔다. [마음의 그림자]는 [황제의 새 마음]에서 펼친 입장과 이론을 더욱 탄탄한 물리적 배경 위에서 더 미세한 곳까지 끌고 나간다. 물리학, 수학은 물론이고 괴델의 논리학과 튜링의 컴퓨팅 기술, 생물학, 그리고 서양 철학의 근간이라고도 할 수 있는 플라톤의 이데아론까지 전방위 학문들을 어렵지 않게 거론하고 서술하면서 두뇌와 의식에 대한 탐구를 이끌어나간다.
1부에서는 괴델과 튜링의 명제를 비교·조합하면서 "멈추지 않는 튜링 기계"의 알고리듬을 설명하여 컴퓨팅과 두뇌(의식)의 작동 상의 차이점을 서술하는 데 주력한다. 두뇌와 컴퓨팅 간의 관계를 바라보는 네 가지 관점(컴퓨팅 수행만으로도 의식이나 마음을 생성할 수 있다는 관점에서부터 물리학적 용어나 컴퓨팅으로는 절대로 인식을 설명할 수 없다는 관점까지 그 강약을 기준으로 나눈)을 면밀히 검증해 나간다.
2부에서는 고전물리학과 양자역학을 집중적으로 다룬다. 마음과 의식을 기준으로 아인슈타인의 상대성 이론을 비롯한 고전물리학을 심도 있게 고찰하고 비국소성, 반사실성, 양자얽힘이라는 양자역학에서 발생하는 심오한 현상들을 살펴본다. 또한, 양자이론의 두 종류의 불가사의인 Z-불가사의와 X-불가사의를 탐구하여 양자역학의 시대적 한계점을 시사하기도 한다. 저자는 고전물리학과 양자역학 두 영역이 함께 서로의 단점과 한계점을 보완하고 수정해 나가야 공존하고 발전할 수 있다고 말한다. 고전물리학과 양자역학의 한계점을 심도 있게 조명함으로써 독자들이 더욱 해당 이론에 대해 정확히 알 수 있도록 이끌어준다. 또한, 튜불린과 미세소관, 뉴런과 시냅스의 활동을 포착하고 보여줌으로써 인간 두뇌의 의식 패턴과 컴퓨팅 활동을 비교 분석한다. 나아가 의식이 오직 인간들에게만 있는 것인지, 코끼리나 원숭이 같은 동물들에겐 없는지 짚신벌레와 같은 단세포 생물들에게는 의식이라고 할만한 것이 있는지에 대해 꼼꼼하게 다룬다.
사람의 마음속으로 걸어 들어가고 있는 양자역학
21세기는 양자역학의 시대라는 말은 언뜻 고루하게 들린다. 플랑크의 양자론, 하이젠베르크의 불확정성의 원리 등 양자역학의 대표적인 이론들이 발표되기 시작한 20세기 초부터 양자역학은 동시대의 예술·철학 사조와 함께 모더니즘 시대의 예술/학문계를 이끌었다. 세상을 불명확한 것으로 바라보는 태도, 전시대와의 역사적·인식론적 단절 등 과학과 인문학은 얼마간 비슷해 보이는 자세를 보이며 각자의 학문을 발전시켜 나갔다. 이러한 시대 흐름 속에서 양자이론은 과학계뿐 아니라 여타 학문들에도 영향을 끼치며 현시대 사람들의 생각과 인식에 큰 영향을 끼쳤다.
더욱이 이 실제적이면서 동시에 수수께끼처럼 모호한(양자이론의 대표 주자 파인만조차 양자이론을 이해하는 사람은 아무도 없다고 말했다) 이론은 우리의 실생활에도 큰 영향을 끼쳤다. 현재 인간들에게 가장 보편적인 전자기기 중 하나인 스마트폰을 비롯하여, 의료, 화학, 에너지 등 여러 분야에 응용되어 인간의 생활을 확장시켜왔다. 뿐만 아니라 2011년엔 최초로 양자역학의 원리에 따라 작동되는 양자 컴퓨터의 상용화가 이루어졌다. 2011년 5월 11일, 캐나다의 D-Wave System에서 128큐비트 프로세스가 장착된 세계 최초의 상용화 양자컴퓨터인 D-Wave One을 내놓아, 양자컴퓨터 상용화 시대의 서막을 올렸다. 또한 세계 검색 시장을 장악하고 있는 글로벌 기업 구글은 미항공우주국(NASA)과 협력하여 양자슈퍼컴퓨터 연구에 공통투자하기로 결정하였으며, D-Wave One의 후속 모델 D-Wave Two(512큐비트)를 구입하여 진보된 머신 러닝의 연구나 현실세계의 모델화에 전격 이용할 것임을 밝혔다. 구글과 나사 측은 양자 컴퓨팅 기술이 웹 검색, 인공지능 기술 발전을 가져올 중요한 매개가 될 것이고, 교통 문제와 통신, 로봇 기술 해결, 질병과 기후 패턴 모델을 연구하는 데도 중요한 역할을 할 것으로 내다보고 양자컴퓨터 연구에 큰 힘을 쏟고 있다. 동아시아의 경우엔 2001년 KAIST(한국과학기술원) 연구팀이 병렬처리 3비트 양자컴퓨터 개발에 성공하였고 2010년에는 양자컴퓨터의 핵심 기술을 세계 최초로 개발해 화제를 모으기도 했다. 2003년에는 일본 NEC와 이화학연구소가 공동으로 양자비트 2개를 결합한 고체 논리연산회로로 동작하는 양자컴퓨터 제작에 성공하는 등 활발한 움직임을 보이고 있다. 반도체 기반의 컴퓨터 시대에서 양자 컴퓨터 시대로 점점 넘어가고 있는 것이다.
양자이론이 컴퓨터 영역에서 실현된다는 것은 주목할만한 일이다. 현 인류에게 무엇보다 친숙한 매체이자 기기가 컴퓨터이기 때문이다. 컴퓨터를 통해 세상을 배우고 이해하는 세대를 뜻하는 '모니터킨트'라는 신조어가 생긴 것을 봐도 컴퓨터가 사람의 의식 생성에 부정할 수 없는 큰 영향을 끼친다고 볼 수 있다. 양자 컴퓨터의 상용화가 성공적으로 이루어지고 많은 사람이 양자 컴퓨터를 보편적으로 이용할 수 있게 된다면 사람의 의식과 양자역학이 긴밀한 조화를 이룰 것이란 말은 크게 놀랍게 들리지 않는다. 그러한 조화를 통해 양자역학은 더욱 깊숙이 우리의 인식과 생활에 들어올 것이다. 이 미묘하면서도 분명한 이론은 여전히 거대한 힘을 품고 있는 것처럼 보인다.
그러한 근미래를 상상해 보았을 때, 양자역학이 인간의 두뇌와 의식을 설명하기 위한 시도를 꾸준히 행하고 있다는 사실은 일견 당연한 절차처럼 보인다. 두뇌와 의식에 대한 양자이론적 해석은 양자이론이 이뤄내야 할 큰 당면과제 중 하나처럼 보이기도 한다. 실제로 20세기를 마감하면서 전 세계의 내로라하는 물리학자들에게 "아직도 해결되지 않은 문제가 무엇인가?"라는 질문을 던진 후 가장 많은 답을 얻은 10개를 꼽았는데, 그중 하나가 바로 '의식의 비밀'이었다. '의식'은 아직도 과학의 영역 바깥에 머물고 있는 것이다. 하지만 양자역학의 발전이 진행되면 진행될수록 이 이론이 뻗어 나갈 영역은 계속 넓어질 것이며, 사람의 두뇌 또한 그곳을 향해 걸어나가는 양자역학의 큰 걸음을 피할 수 없을 거란 사실은 자명하다. 과학은 멈추지 않고 두뇌에 대한 탐구를 진행하고 있다. 이런 흐름 속에서 두뇌와 의식, 마음을 다루는 과학계의 고전을 읽는 일은 현재 상황을 파악하는 데 큰 도움이 될 것이라는 점엔 별다른 여지가 없을 것이다.
[황제의 새 마음]의 저자 로저 펜로즈의 또 한 권의 명저
로저 펜로즈는 두뇌와 의식을 탐구하는 과학계의 선봉에 서 있는 물리학자 중 한 명이다. 인간의 두뇌와 양자역학 간의 관계성을 과감하게 탐구해 나간 책으로 잘 알려진 명저 [황제의 새 마음]을 통해 그는 맹목적으로 과학의 편에 서지 않고, 섣불리 신비주의의 편에 머물러 있지 않으며 인간의 두뇌를 명쾌하고 흥미롭게 풀어냈다. [황제의 새 마음]은 물리학과 수학에 관심을 둔 사람들뿐 아니라 심리학, 생물학, 논리학에 관심이 있는 많은 사람에게도 읽혀 세계적인 베스트셀러가 되었다. 많은 찬사가 쏟아짐과 동시에 그가 펼친 이론에 대한 반론과 질문 또한 많았다. 그리하여 더욱 탄탄한 물리적 배경 위에서 자신의 견해와 이론을 밝혀 전작에 대한 독자들의 반응에 답을 제시해 줄 또 한 권의 책을 세상에 내놓았다. 지금부터 소개할 책이 인간의 두뇌와 마음을 다룬 로저 펜로즈의 또 한 권의 명저 [마음의 그림자]이다.
저자는 [마음의 그림자]가 [황제의 새 마음]의 속편처럼 보일지 모르지만, 사실은 아주 별개의 책임을 서문을 통해 밝힌다. [마음의 그림자]는 본 책 자체만으로도 한 권의 완결성을 띄며 이를 바탕으로 [황제의 새 마음]을 훌쩍 뛰어넘는다고 말한다. 물리학과 수학은 물론이고 괴델의 논리학과 튜링의 컴퓨터 기술, 생물학, 그리고 서양 철학의 근간이라고도 할 수 있는 플라톤의 이데아론까지 전방위 학문들을 어렵지 않게 거론하고 서술하면서 두뇌에 대한 탐구를 쉽고 재미있게 이끌어나간다. 저자는 인간의 두뇌가 물리학 법칙에 따라 기계적으로 작용한다는 이론에 반대하고 인간의 마음은 기계 장치로서는 획득할 수 없는 무엇이며, 따라서 기계장치는 마음을 생성할 수 없다는 주장을 일관적으로 견지하고 있지만, 앞서 말했듯이 그는 과학과 신비주의의 어느 쪽에도 과하게 치우치지 않는 태도를 시종일관 보임으로써 그 둘의 한계점을 적절하게 역설하고 동시에 그들의 의의와 성과 또한 무시하지 않는 객관적인 자세를 취한다. 총 3장으로 이루어진 1부에서는 괴델과 튜링의 명제를 비교·조합하면서 "멈추지 않는 튜링 기계"의 알고리듬을 설명하여 컴퓨팅과 두뇌(의식)의 작동 상의 차이점을 서술하는 데 주력한다. 두뇌와 컴퓨팅 간의 관계를 바라보는 네 가지 관점(컴퓨팅 수행만으로도 의식이나 마음을 생성할 수 있다는 관점에서부터 물리학적 용어나 컴퓨팅으로는 절대로 인식을 설명할 수 없다는 관점까지 그 강약을 기준으로 나눈)을 면밀히 검증해 나간다. 총 5장으로 이루어진 2부에서는 고전물리학과 양자역학을 집중적으로 다룬다. 마음과 의식을 기준으로 아인슈타인의 상대성 이론을 비롯한 고전물리학을 심도 있게 고찰하고 비국소성, 반사실성, 양자얽힘이라는 양자역학에서 발생하는 심오한 현상들을 살펴본다. 또한, 양자이론의 두 종류의 불가사의인 Z-불가사의와 X-불가사의를 탐구하여 양자역학의 시대적 한계점을 시사하기도 한다. 저자는 고전물리학과 양자역학 두 영역이 함께 서로의 단점과 한계점을 보완하고 수정해 나가야 공존하고 발전할 수 있다고 말한다. 고전물리학과 양자역학의 한계점을 심도 있게 조명함으로써 독자들이 더욱 해당 이론에 대해 정확히 알 수 있도록 이끌어준다. 또한, 튜불린과 미세소관, 뉴런과 시냅스의 활동을 포착하고 보여줌으로써 인간 두뇌의 의식 패턴과 컴퓨팅 활동을 비교 분석한다. 나아가 의식이 오직 인간들에게만 있는 것인지, 코끼리나 원숭이 같은 동물들에겐 없는지 짚신벌레와 같은 단세포 생물들에게는 의식이라고 할만한 것이 있는지에 대해 꼼꼼하게 다룬다.
두뇌에 대한 접근은 언제나 흥미로운 주제이다. 여러 분야의 전문가들이 두뇌와 마음에 대한 설명을 시도하고 있는 시대 상황 속에서 과학의 첨단에 서 있는 양자역학이 두뇌와 마음속으로 파고든다는 것은 유의미한 일이다. 과연 두뇌는 양자역학이 작동할 수 있는 시스템인지, 만약 그렇다면 양자역학이 품어야 할 접근법은 종래의 것과 어떻게 달라져야 하는지에 대한 로저 펜로즈의 입장은 아직도 우리에게 뜨거운 화두가 된다. 우리는 그의 책을 읽으면서 아주 단순하면서도 보편적인 질문, '인간'은 대체 무엇인가라는 질문에 또다시 도달하게 된다. 인간 중심 이론과 탈인간화 이론이 날카롭게 양립하는 시대에, 그리고 양자역학이 현대물리학의 중심으로 자리 잡은 시대에 [마음의 그림자]는 두뇌와 마음, 그리고 양자역학에 대해 심도 있게 알고 싶은 독자들에게 훌륭한 디딤돌이자 지침서가 되어줄 것이다.
총 
바보 빅터
