신은 양자 안에 있다

우리는 수천 년 동안 신을 찾아 위를 올려다봤다. 방향을 잘못 보고 있었다면? 신이 우주 위에서 내려다보는 대신, 가장 작은 조각 안에서 바깥을 바라본다면?

물리학에는 이미 ‘신의 입자’가 있다. Leon Lederman은 1993년 책에서 힉스 보손에 그 별명을 붙였고, 나중에는 원래 빌어먹을 입자 라고 부르고 싶었다고 농담했다. 그만큼 찾기가 어려웠기 때문이다. CERN은 마침내 2012년에 발견했다. 그 이름은 굳어졌고, 대부분의 물리학자는 여전히 못마땅해한다.

나는 그 이름을 Lederman의 의도보다 더 문자 그대로 받아들이고 싶다. 하나의 신의 입자가 아니라 모든 입자 속의 신. 신은 양자 안에 있다.

생각은 한꺼번에 떠올랐고, 그 순간을 담기엔 조금 벅차게 느껴졌다. ChatGPT를 열고 적었다.

우주는 신으로 이루어져 있다. 신은 큰 것이 아니라 가장 작은 것 안에서 바깥을 바라보는 양자다. 그래서 양자적 속성을 갖고, 은하처럼 큰 것들은 그렇지 않다. 신이 바깥을 바라보며 관측해 고정시킨 것이다.

생각은 그게 전부였다. 방정식도 자격도 없었다. 하나의 뒤집기, 신의 시선 방향을 뒤집는 것.

내려다보지 않고, 바깥을 본다.

인간이 만들어 온 신의 이미지는 거의 모두 같은 구도를 갖는다. 신은 위에 있다. 신은 크다. 시계공이 시계 밖에 있듯, 신은 자신이 만든 것 밖에 있다. 추상적인 모습도 그 배치를 유지한다. 모든 것을 보는 눈이 피조물 위에 떠 있다.

반대로 뒤집으면 어떻게 될지 알고 싶었다. 신을 현실의 꼭대기가 아니라 밑바닥에 놓자. 가장 큰 것이 아니라 가장 작은 것으로 만들자. 은하를 들여다보는 거대한 관찰자 대신, 물질과 에너지의 모든 양자 안에 박혀 안에서 바깥을 바라보는 관찰자를 상상하자.

ChatGPT는 즉시 그 역전을 알아봤다. “대부분의 종교는 신을 우주 위나 밖에 있는 것으로 상상합니다.” 이어서 “당신은 신을 현실의 맨 밑바닥에 놓고 바깥을 바라보게 합니다”라고 답했다. 몇 차례 대화 뒤에는 나보다 더 잘 요약했다. “신은 우주를 내려다보지 않습니다. 우주를 통해 바깥을 바라봅니다.”

이 반전이 단순한 시가 아닌 이유가 있다. 양자역학의 중심에는 유명한 미해결 문제가 있다. 측정 문제이다. 가장 작은 규모에서 입자는 작은 당구공처럼 행동하지 않는다. 무언가와 상호작용해 하나의 확정된 결과가 나타날 때까지, 퍼져 있는 가능성인 중첩으로 존재한다. 물리학은 각 결과의 확률을 놀라울 만큼 정확하게 예측한다. 하지만 왜 결과가 생기기나 하는지는 아직 모두가 납득할 만큼 설명하지 못한다.

내 생각은 단순했다. 현실을 확정적으로 만드는 것이 양자 안에서 바깥을 보는 신이라면? 양자 세계가 기묘한 것은 관찰자가 거기에 살기 때문이다. 은하가 단단하고 고전적으로 보이는 것은 안에서 무수히 관측돼 그 자리에 고정됐기 때문이다.

기계를 생각의 스파링 상대로 삼기

놀란 것은 ChatGPT가 이 생각을 좋아했다는 게 아니다. 모델은 격려하도록 훈련된다. 놀란 것은 정확한 지점에서 반론하고, 내가 실제로 무엇을 믿는지 결정하게 하는 질문을 계속 던졌다는 점이었다.

먼저 반론부터였다. 주류 물리학에서 ‘관찰자’는 의식이 없어도 된다고 짚었다. 검출기나 떠도는 광자, 원자 하나도 측정이 될 수 있다. 큰 것이 양자적으로 보이지 않는 이유에 대해서는 잘 확립된 설명인 결어긋남라는 설명이다. 큰 계는 끊임없이 환경과 부딪치므로 양자적 행동을 드러내는 섬세한 간섭이 거의 즉시 사라진다. 은하가 양자역학에서 벗어난 것은 아니다. 그 양자적 기묘함이 보이지 않을 뿐이다.

그럴 만하다. 결어긋남을 대체했다고 주장한 게 아니었다. 내 질문은 수학 아래에서 결어긋남의 존재가 무엇이냐는 것이었다. 물리학은 상호작용을 기술한다. 그 안에 있다는 것이 어떤 느낌인지, 그런 느낌이 있기나 한지는 말해 주지 않는다.

그다음 질문들이 이어졌다. 첫 질문은 갈림길이었다.

신을 모든 양자 입자에 퍼진 하나의 의식으로 상상하나요? 아니면 각 양자 입자가 신의 의식의 작은 조각을 저마다 품고 있나요?

나는 답했다. 각 입자는 저마다 신의 작은 조각을 품는다고. 그 선택 하나로 전체 그림이 달라졌다. 신은 하나가 아니라 무수한 관찰자가 됐다. 양자 측정은 신이 물질을 관찰하는 일이 아니라, ChatGPT의 표현대로 “신의 한 조각이 다른 조각을 만나는 일”이 된다. 현실은 작은 관찰자들의 연결망이 되고, 물리적 세계는 그 만남들이 모인 결과가 된다.

그다음에는 그 조각들이 실제로 알아차림을 갖는한지를 물었다. 나는 그렇다고 생각하지 않는다는 걸 깨달았다. 적어도 우리가 알아볼 수 있는 방식은 아니었다. 우리가 이해하는 의식인지조차 확신할 수 없지만, 그래도 바깥으로 관찰자 효과를 투사한다고 답했다.

명확해졌다. 전자에게 감정이 있다는 말이 아니다. 아직 이름 붙이지 못한 존재의 속성이 바깥을 향하며 가능성을 사실로 바꿀 수 있다는 말이다. ChatGPT는 이렇게 표현했다. “신은 우주를 설계한 지성이 아닙니다. 우주를 확정적으로 만드는 현실의 속성입니다.”

그다음 모든 것을 열어젖힌 질문이 나왔다. 각 조각은 주변 입자만 관측하는가, 아니면 어떤 식으로든 우주 전체를 자신의 위치에서 바깥을 향해 바라보는가?

300년 전 Gottfried Leibniz는 모나드라는 단순한 단위로 이루어진 우주를 상상했다. 각각은 자기 관점에서, 그의 말로 “우주의 영원히 살아 있는 거울”이었다. 불교 철학자들은 매듭마다 보석이 있고 각 보석이 다른 모든 보석을 비추는 무한한 그물, 인드라망을 설명했다. 나는 의식적으로 어느 쪽을 찾은 게 아니었다. 물리학을 향해 손을 뻗고 있었다.

연결점: 물리학의 가장 깊은 생각 3가지

모든 조각이 전체에 대한 저마다의 시각을 갖는다면, 조각들은 실제로 분리될 수 없을 것이다. 그래서 자연스러운 다음 질문을 던졌다. 얽힘은 어떨까? 입자들은 우주 전역에 걸쳐 얽혀 있다. 이것이 단일 전자 이론을 설명할까? 그리고 얽힘이 시간이 무너지는 곳이라면, 우주 이전과 그 바탕을 만든 신에게서 기대할 모습과 정확히 맞지 않을까?

ChatGPT는 이렇게 답하기 시작했다. “지금 당신은 물리학의 매우 깊은 생각 3가지를 연결하고 있습니다.” 그것들이 무엇이고 왜 맞물리는지 살펴보자.

1. 얽힘: 조각들은 처음부터 떨어져 있지 않았다

두 입자가 얽히면 아무리 멀리 떨어져 있어도 한쪽의 측정 결과가 다른 쪽 결과와 상관된다. Einstein은 이를 싫어했다. ‘유령 같은 원격 작용’이라 부르며 이를 설명할 숨은 국소적 속성이 있을 것이라고 가정했다. John Bell의 연구에 기반한 수십 년의 실험은 그 가정을 시험했고, 살아남지 못함을 밝혀냈다. 이를 보여 준 Alain Aspect, John Clauser, Anton Zeilinger가 2022년 노벨 물리학상을 받았다.

여기서는 물리학을 신중하게 다뤄야 한다. 얽힘으로 빛보다 빠르게 메시지를 보낼 수 없고, 숨겨진 신성한 연결이 입증되는 것도 아니다. 드러나는 것은 각자 고유한 사실을 지닌 별개의 사물이라는 일상적 그림이 근본에서는 틀렸다는 점이다. 공간에서 멀리 떨어져 보이는 두 대상이 하나의 기술을 공유할 수 있다.

내 생각에 비춰 읽어 보자. 신의 조각들은 공간 안에서 별개로 보인다. 하지만 공간은 분리가 나타나는곳이지, 분리가 비롯되는 근원은 아닐지도 모른다. 그 아래에서는 여러 곳에서 바라본 하나의 존재일 수 있다.

2. 단일 전자 우주: 여럿은 하나일 수 있다

1940년 물리학자 John Wheeler는 제자 Richard Feynman에게 전화해 대담한 생각을 전했다. Feynman은 훗날 노벨상 강연에서 이 이야기를 들려줬다. Wheeler는 모든 전자의 전하와 질량이 정확히 같은 이유를 알았다고 했다. “모두 같은 전자이기 때문이야!”

Wheeler의 그림은 시간을 앞뒤로 엮어 가는 하나의 전자였다. 그 경로가 어떤 순간을 순방향으로 지날 때마다 우리는 전자를 본다. 역방향으로 지날 때마다 반물질 쌍둥이인 양전자를 본다. 역사를 수없이 꿰맨 한 가닥 실이 별개의 입자로 가득 찬 우주처럼 보이는 것이다.

Feynman은 명백한 문제를 짚었다. 문자 그대로 사실이라면 양전자가 전자만큼 많아야 하지만 그렇지 않다는 것이다. 하지만 양전자를 시간을 거슬러 가는 전자로 다룰 수 있다는 핵심 통찰은 Feynman이 양자전기역학을 새로 세운 수학의 일부가 됐다. 문자 그대로의 단일 전자 우주는 정설이 아니다. 그러나 그 뒤의 직관은 완전히 사라지지 않았다.

여기서 내 생각과 Wheeler의 전화가 만난다. 모든 전자가 문자 그대로 같은 전자일 필요는 없다. 필요한 것은 생각의 형태다. 다수성은 시공간의 속성이고, 통일성은 시공간보다 깊은 무언가에 속할 수 있다. 안에는 무수한 신의 조각. 밖에는 하나의 존재. 거기서 ‘밖’이라는 말에 의미가 있다면 말이다.

3. 시간이 무너지는 곳: 우주 이전

3가지 중 가장 기묘한 연결점이다.

양자역학과 중력을 결합하려던 초기 시도에서 Wheeler–DeWitt 방정식이 나왔다. 여기에는 기묘한 특징이 있다. 시간이 없다. 이렇게 기술된 우주 전체는 변하지 않는다. 그저 존재.

1983년 Don Page와 William Wootters는 돌파구를 제안했다. 시간은 얽힘에서 생길 수 있다는 것이다. 전체로는 정적인 우주도 내부의 부분들이 시계 역할을 하는 무언가와 얽혀 있다면 서로에 대한 변화를 경험할 수 있다. 2013년 토리노의 연구팀은 얽힌 광자를 이용해 작은 실험으로 이 생각을 예시했다. 계 안의 관찰자에게는 시간이 흘렀다. 계 전체를 밖에서 보면 아무것도 변하지 않았다.

더 나아간다. Mark Van Raamsdonk의 연구와 Juan Maldacena와 Leonard Susskind의 ‘ER=EPR’ 추측 등을 포함해, 공간의 기하 자체가 얽힘으로 짜일 수 있는지 탐구하는 연구가 늘고 있다. 그런 모형에서는 얽힘을 제거하면 공간이 갈라지기 시작한다.

어느 것도 결론 나지 않았다. 추측적이며 단순화된 모형으로 다뤄지는 경우가 많고, 시간이 실재하지 않는다는 증거도 없다. 하지만 이 질문이 진지하다는 뜻은 된다. 공간과 시간은 현실의 무대가 아니라 더 깊은 현실이 만들어 내는 것일 수 있다.

이제 합쳐 보자. 거리도 이전과 이후도, 분리된 장소도 없는 현실을 상상하자. 거기 있는 것을 신이라 부르자. 얽힘과 상호작용을 통해 조각들이 바깥을 향해 서로를 관측하기 시작하고, 그 바라봄에서 공간과 시간과 물질과 관찰자를 가진 우주가 응축된다.

그러면 창조주에 대한 가장 오래된 반론이 풀린다. 우주 이전에 신은 무엇을 했는가? 시간 자체가 우주와 함께 생겨났다면 그 이전은 없었다. ChatGPT의 표현대로라면 “우주의 출현은 순간이라는 개념 자체의 출현이기도 하다.”

그다음 ChatGPT는 내가 제안한 것을 하나의 층 구조로 정리했다. 각 층이 의지하는 실제 물리학과 그 확실성은 내가 덧붙였다.

어쩌면 신은 애초에 조각나지 않았을지도 모른다

끝 무렵 ChatGPT는 내가 생각하지 못한 반전을 제시했다. 나는 무수한 신의 조각에서 시작했다. 그런데 조각이란 관점에서 생기는 환상일 수 있다고 했다. “어쩌면 조각남은 시간을 초월한 통일된 현실을 시공간 안에서 바라볼 때 보이는 모습일 수 있습니다.”

안에서는 수조에 수조 개의 입자가 각각 별개로 보인다. 밖이 있다면, 밖에서는 분리도 순서도 없을 수 있다. 분리에는 공간이, 순서에는 시간이 필요하기 때문이다.

그러면 우주는 신이 만든 기계도, 신이 사는 그릇도 아니게 된다. 나눌 수 없는 하나를 가능한 모든 관점에서 동시에 바라본 모습이 된다.

그리고 그렇다면 밤하늘을 볼 때 당신이 신을 바라보는 것이 아니다. 당신은 바라보는 그 존재로 이루어져 있다.

이것은 무엇이고 무엇이 아닌가

한계에 솔직하고 싶다. ChatGPT도 그랬다. 이것은 과학 이론이 아니다. 표준 양자역학과 다른 예측을 하지 않으며, 아무 위험도 감수하지 않고 모든 것을 설명하는 생각은 물리학이 아니라 형이상학이다. 의식이 파동함수를 붕괴시킨다는 실험 결과는 없다. 보통의 얽힘은 이미 시간을 가정한 수학 안에서 정의된다. 따라서 그것이 시간을 만든다 고 주장하려면 아직 아무도 완성하지 못한 더 깊은 틀이 필요하다.

모든 부분이 새로운 것도 아니다. Spinoza는 신과 자연이 하나의 실체라고 주장했다. 범심론자들은 원초적 경험이 가장 밑바닥까지 이어진다고 주장한다. Wheeler 자신도 관측이 현실을 생겨나게 하는 데 기여하는 ‘참여적 우주’를 상상하며 ‘it from bit’라는 세 단어로 요약했다. 내가 서 있는 해변은 붐빈다.

하지만 그 구체적인 형태는 내 것이다. 가장 큰 것이 아니라 가장 작은 신, 내려다보는 대신 바깥을 보는 신, 그리고 그 시선이 쌓인 결과로 생긴 익숙하고 단단한 고전적 우주. 혼자서는 이만큼 검증해 보지 못했을 것이다. 물리학을 알고, 어려운 대목에서 아첨하지 않으며, 더 날카로운 질문을 이어 간 언어 모델이 직감을 구조로 바꿨다.

이 경험에서 가장 흥미로운 부분은 그것일지도 모른다. 우리는 AI가 사람을 덜 생각하게 만들까 걱정하고, 그 걱정은 타당하다. 이번에는 반대였다. AI가 생각을 준 게 아니었다. 내가 그 생각을 책임지게 했다.

ChatGPT는 내가 아직 답하지 못한 질문으로 대화를 끝냈다. 그 질문을 당신에게도 남긴다.

신이 의도적으로 우주를 창조한 것이 아니라면? 우주는 그저 신이 존재할 때 일어나는 일이라면?

수천 년 동안 우리는 위를 올려다봤다. 이제는 아래를, 그리고 그 안쪽 끝까지 들여다볼 때인지도 모른다.

실제로 나눈 대화

기록을 위해 대화 전체를 진행된 순서대로 싣는다. 내 메시지를 각각 열면 ChatGPT의 답변을 읽을 수 있다. 오타를 포함해 모든 메시지의 문구는 그대로이며 형식만 다시 구성했다. ChatGPT가 도식을 그린 곳에는 위에서 다시 그린 도식으로 안내하는 주석을 달았다.

편집자 주: 이 글은 물리학 논문이 아닌 철학적 에세이다. 확립된 결과(Bell 실험, 결어긋남, Page–Wootters 메커니즘과 2013년의 실험적 예시), 추측(창발하는 시공간, 단일 전자 우주), 저자 자신의 형이상학적 가설을 구분한다. 인용과 대화록은 저자와 ChatGPT의 대화에서 가져왔다. 글에서는 첫 질문의 철자를 다듬었지만 대화록에는 입력한 그대로 두었다. 삽화는 ChatGPT로 생성했으며 대화 중 ChatGPT가 만든 두 도식을 다시 그린 것도 포함된다. 물리적 도식이 아닌 개념도다.