크레마클럽

‘우리가 절대 알 수 없는 것들’이라는 제목만 보면 종교의 냄새가 물씬 풍긴다. 그렇게들 얘기하지 않나? 과학이 알 수 없는 것들이 있고, 그 알 수 없는 것들은 종교에 기대야 한다고. 그런데 이 책의 저자는 리처드 도킨스의 후임으로 옥스퍼드대학교 ‘과학대중화사업’의 석좌교수로 있는 마커스 드 사토이다. 리처드 도킨스는 《만들어진 신》에서 볼 수 있듯이 아주 철저한 무신론자이다. 그런데 그 후임이 종교에 관한 책을? 그럴 수는 없을 것이다. (진화)생물학 전공인 리처드 도킨스와는 달리 마커스 드 사이토는 수학이 전공이지만, 수학이라면 더더욱 종교와는 다른 쪽이 아닌가 

‘알 수 없는 것들’에 대해 얘기하면서 종교를 언급하지 않을 순 없지만, 이 책은 분명 과학에 관한 책이다. 그리고 알 수 없는 것들에 대해 얘기를 하고 있지만, 그 바탕은 분명 우리가 지금까지 알고 있는 것들에 대한 것이기도 하다. 우리가 얼마만큼 알고 있으며, 그래서 우리가 알지 못하는 것은 어떤 것이고, 앞으로도 어떤 것들은 알 수 없는 것인가를 다루고 있다. 즉, 현재 과학의 성취와 함께 현대 과학의 한계, 나아가 과학이 가질 수 밖에 없는 최종적인 한계를 얘기하고 있는 것이다.

참 껄끄럽기는 하지만, 이런 류를 다룰 때 대부분 인용하는 게 있다. 럼스펠드 전 미국 전 국방장관이 한 얘기로, ‘알려진 지식(known knowns)’, ‘알려진 미지(known unknowns)’, ‘알려지지 않은 미지(unknown unknown)’을 언급한 것이다. 럼스펠드가 이라크가 대량살상무기를 보유하고 있다는 데 대한 얘기를 하면서 언급한 것으로 따지자면 교언영색(巧言令色)에 해당되는 말이다. 그러나 지식의 형태를 분류하는 데 있어서는(물론 ‘알려지지 않은 지식(unknown known)’을 빠뜨리긴 했지만) 꽤나 유용하고 의미심장한 말이었다. 이 책에서 최종적으로 다루는 것은 바로 ‘알려지지 않은 미지’라고 한다. 그러나 정작은 과학자들이 그 ‘알지 못하는 것’을 대체로 알지 못한다는 것을 인정하고 있기 때문에 ‘알려진 미지’라고 해도 상관은 없다고 본다. 접근 방식도 그렇다. 그 ‘알지 못하는 것’을 알지 못한다는 사실을 알아내기까지의 과학자들의 여정이 주를 이루고 있으며, 그 ‘알지 못하는 것’을 앞으로 알아낼 가능성에 대해서 얘기하고 있다. 즉, 책에서 ‘알지 못하는 것’이 어떤 것이라는 것을 언급한 이상, 그것은 ‘알려진 미지’에 가깝다.

그렇다면 저자가 ‘우리가 절대 알 수 없는 것들’이라고 꼽은 것은 어떤 것일까? 첫번째는 미래 예측에 관한 것이다. 아주 간단히 말해 주사위를 던졌을 때 어떤 눈금이 나올른지 알 수 없다는 것이다(이것은 6의 면이 나올 확률을 얘기하는 것이 아니라, 6이 나올른지 1이 나올른지 정확하게 계산해서 알아낼 수 있는가의 문제다). 여기에는 프랙탈과 같은 카오스 이론도 등장하고, 아인슈타인의 브라운 운동에 대한 논문도 등장한다. 다음 과학의 경계는 우주의 기본 물질에 관한 것이다. 원자를 최소 단위로 알았던 시절은 이미 지나가도 한참 되었다. 원자 내의 양성자, 중성자, 전자를 이야기하는 것도 중학교 쯤의 지식이다. 이제는 이른바 ‘입장 동물원’이라고 할 만큼 수많은 기본 입자들이 제안되어 있고, 쿼크의 존재도 입증되었다. 저자는 정말 더 이상은 없는지 의심하고, 그게 최종인지 알 수 없다고 한다.

다음은 하이젠베르크의 불확정성의 원리에 관한 것이다. 빛이 파동이냐, 입자냐의 논쟁에서 시작되어, 이도 저도 아닌, 아니 이것도 저것도 되는 식의 설명으로 끝난 양자물리학의 세계다. 운동량과 위치를 정확히 알 수 없는 것은 우리 현재 식의 문제라든가, 혹은 어떤 측정의 한계가 아니라 입자의 기본 속성이라는 게 저자의 설명이다(근데 그렇다는 것을 알고 있는 것도 대단한 것 아닌가?). 그리고 우주의 한계도 우리는 모른다. 우리의 우주는 확장을 거듭했고, 그 우주가 팽창한다는 것, 그 팽창의 속도가 점점 빨라지고 있다는 것도 알아냈다. 하지만, 그 우주의 끝이 어디인지는 알 수 없다. 역시 앞으로 알 수 있다는 보장도 없다. 시간의 본성도 마찬가지다. 주로 아인슈타인의 상대성이론에 기대고 설명하는 이 부분은, 아인슈타인이 밝혀낸 게 있지 않냐고 반문하는 순간 ‘지평선을 넘어 미지의 세계로’ 넘어가는 기분이 든다. 블랙홀의 정체가 그렇다. 블랙홀에 대해서 정보가 사라지는 것인지, 그래도 약간의 정보가 남는 것인지 등에 대해서도 아직도 논쟁 중이라고 한다. 그리고 시간이라는 것 자체도 마찬가지다. 빅뱅 이전에 과연 시간이라는 게 존재했었는지, 그리고 우주가 끝나면 시간이 존재하는 것인지… 인식론의 문제 같지만, 수학의 문제이기도 하고, 결국은 과학의 문제다.

당연히 의식에 관한 것을 빼놓을 수는 없다. 의식이 어디에 존재하는지, 나아가 과연 의식이 어떤 것인지 우리는 알 수 있을까. 뇌과학은 무시무시한 속도로 발전하고 있는 것 같지만, 이 근본적인 질문에 답할 수 있을까? 크릭과 함께 연구했던 크리스토퍼 코흐 같은 과학자는 ‘답할 수 없는 질문에 굴복하지 말라’며 긍정적인 언급을 하지만, 저자는 아무래도 부정적이다. 끝으로는 자신의 전공인 수학 쪽으로 넘어간다(비로소 수학 얘기를 하는 것 같이 썼지만, 모든 장에 걸쳐 그 자신이 수학자인 것을 드러내고 있으며, 수학적 설명을 시도하고 있고, 수학의 장점에 대해서 자부심을 나타내고 있다). 바로 괴델의 ‘불완전성의 정리’가 주(主)가 된다. 이해가 될 듯 하면서도 결국은 잘 이해가 되지 않는 게 바로 괴델의 불완전성의 정리인데, 수학이란 가장 엄정하면서도 확실한 지식(즉, 새로운 발견에 의해 붕괴되지 않는 지식 체계)라는 자부심을 일거에 무너뜨린 게 바로 이 불완전성의 정리라고 한다.

저자는 과학이 완벽한 것은 아니라고 한다(이렇게 ‘절대 알 수 없는 것’에 대해 쓰면서 완벽한 것이라고는 할 수 없을 것이다). 그러나 이 알 수 없는 것에 대해서 알기까지의 지난한 과정을 보면 과학이 얼마나 대단한가를 알 수 있다. 과학은 ‘매우 그럴듯한 지식’을 쌓아왔으며, ‘절대로 알 수 없는 것들’이 있다고 하더라도 상당히 진실에 가까운 이론을 만들어 왔다. 그 정도로도 우리의 현대 과학은 매우 칭찬 받아 마땅하며, 앞으로도 그 지식의 경계, 한계를 넘기 위해 애를 쓸 것이다.

결국 이 책은 우리가 알지 못하는 것에 대한 반성이라기보다는 겸손에 가까운 것이고, 오히려 자부심에 관한 것이다. 특히 수학에 관해서.

* 이 수학자의 수학에 관한 자부심은 다음과 같은 그림을 책에 넣은 것에서 단적으로 드러난다(심지어 “수학은 신이다”라고까지 하니). 이 부분에서 만큼은 좀 기분이 별로다.

아이들이 엄마 품에 안겨서도 공포영화를 보는 장면은 상반된 욕구가 공존하는 모습이다. 진화심리학에서는 이를 해석하기를 인간이라는 존재가 가지는 필수적인 욕망에 대해 설명하고 있는데, 인간이 호기심을 가질 수밖에 없는 것은 그것이 생존에 도움이 되기 때문이라는 것이다. 특히 작고 힘없는 개체인 아이들은 같은 개체들이 어떻게 죽거나 다치는 지에 대한 정보를 많이 얻어야만 생존에 유리하기 때문에 공포심을 무릅쓰고라도 볼려고 하는 것이다. 그들은 이에 대한 정보를 습득한 후에 자신이 위험을 벗어 나는데 정보로 활용할 수 있다. 이는 성인에게도 예외는 아니어서 아리스토텔레스도 '형이상학'에서 '무언가를 알려고 하는 것은 인간의 타고난 천성이다'고 하기도 했다. 

이 책은 제목에서도 알 수 있듯이 여태까지 우리가 알지 못했고, 어쩌면 당분간은 알 수 없을 것들에 대해 쓰인 책이다. 우리가 알 수 있는 '지식'의 양은 기하급수적으로 폭발하고 있는 수준이라 불과 40~50년 전과 지금만 비교해도 달라진 것들이 너무 많다. 유럽입자물리연구소(CERN)에서는 대형 강입자 가속기를 통해 이론상으로만 존재했으나 실체를 밝히지 못했던 '힉스'입자를 발견했고, MRI의 등장으로 인간의 뇌에서 벌어지는 현상을 예측할 수 있게 되었으며, 2003년에는 인간의 DNA를 해독해냈고, 수학에서는 페르마의 마지막 정리와 푸앵카레의 추측이 증명되기도 했다. 한번 밝혀진 이론은 대체로 바뀌는 법이 없지만 반대의 증거들이 나오면 하루 아침에 종이조각이 되기도 한다. 저자는 수학에서만큼은 진실로 판명된 것은 실제 진실이라고 했지만, 러셀의 경우만 해도 '러셀의 역설'을 통해 프레게의 논리를 무너뜨렸고, 그의 이론 역시 후에 괴델에 의해 붕괴되기도 한다.

어찌됐건 우리는 무한히 확장되는 지식과 또 전복되는 개념들, 새로 발견되는 이론들 틈에서 살고 있다. 그리고, 그 한켠에는 우리가 영원히 알 수 없을지도 모르는 무한한 미지의 것들이 있다. 저자는 우주에 존재하는 95.1%의 암흑물질과 암흑에너지, 빅뱅 이전의 우주, 아직도 발견되지 않았을 입자, 상대성 이론과 양자역학의 통합, 인간의 기원, 여전히 풀지 못한 수학의 미스테리들, 인공지능의 미래 등을 예로 든다. 저자가 이 책을 쓴 이유는 여태까지 인류가 발견하고 연구해 놓은 결과물과 앞으로 답을 구해야 할 것들을 '경계'를 알려주기 위해서이다. 미국의 정치가 도널드 럼스펠드는 '알려진 지식'과 '알려진 미지' 외에도, 우리가 모르는 사실조차 모르는 '알려지지 않은 미지'가 있다는 말을 남겼다. 모르는 것조차 모른다는 사실이 우리가 알아야할 비밀이 얼마나 많은지 가늠하게 한다. 때문에 이 책을 관통하는 하나의 큰 질문은 '이 우주에는 우리가 절대로 알 수 없는 것이 정말로 존재하는가?'이다.

개인적으로는 인공지능과 관련있는 여섯 번째 경계 '챗봇 앱' 챕터가 흥미로웠다. 우리가 챗봇에 '너는 스스로 결정을 내리느냐.'라고 질문하면, 챗봇은 '저는 분명한 길이 좋습니다. 저는 자유의지를 선택할 것입니다.'라고 답한다. 문제는 그것이 사람이 하는 답과 단말기가 하는 답 사이에 유의미한 차이를 찾아볼 수 없다는 사실이다. 컴퓨터의 난수는 특정한 알고리즘을 거쳐 답하는 방식이므로 예측이 가능하며, 자유의지를 획득하기 위해서는 양자 역학의 개념이 도입되어야 한다. 튜링테스트는 건너편에서 답을 하는 것이 사람인지 컴퓨터인지 구별할 수 없게 되면 이를 지능 가진 존재로 인정해야 한다는 것이다. 그러나 어떤 경우에도 컴퓨터는 정해진 알고리즘 내에서 답하는 것일 뿐이며 이를 이해시키고자 존 설의 사고 실험을 소개한다. 중국어를 전혀 할 줄 모르는 한 사람이 단어와 책을 보고 옆방의 중국 사람에게 답을 적어 쪽지로 준다면 건너편 사람은 내가 중국말을 모르는 지 모르고 중국인이라고 생각할 수도 있다. 이와 유사하게 스마트폰이나 컴퓨터가 아무리 그럴싸한 답을 한다 한들 사고를 한다거나 무언가를 이해했다고 할 수는 없는 일이다. 현재 유럽연합에서는 인간의 뇌를 컴퓨터에 시뮬레이션 하는 작업을 진행중에 있다. 신경생물학자 코흐는 블랙홀을 그대로 시뮬레이션해서 주변의 사물을 빨아들이는 것을 볼 수는 있겠지만 정작 컴퓨터 주변의 시공간은 휘어지지 않는 것처럼, 뇌를 완벽하게 흉내낼 수는 있어도 그것은 뇌를 흉내내는 것일 뿐 스스로 생각하는 어떤 것일수는 없다고 한다. 그는 '우리는 의식 있는 존재와 좀비를 영원히 구별할 수 없을 것'이라며 부정적인 의견을 내비치기도 했다.

책에 나와 있는 모든 분야가 생각보다 깊이 있는 내용과 지식을 담고 있어서 쉽게 읽히는 책은 아니지만 곁에 두고 한 챕터씩 읽어본다면 분명 흥미로운 주제들이 많을 것이다.   

 리뷰어클럽 서평단 자격으로 작성한 리뷰입니다.

지금처럼 다양한 생명체가 존재하는 이유는 다윈의 진화론으로 충분히 설명 가능하다. 생명체의 종류가 많아진 것은 진화의 필연적 결과이며, 여기에 창조주가 끼어들 여지는 없다. 그러나 우주에 존재하는 20여종의 상수(전자의 질량, 중력 상수, 빛의 속도, 양성자의 전하, 플랑크 상수 등)가 지금과 같은 값으로 세팅된 이유만은 설명할 길이 없었다. 이들의 값이 지금과 달랐다면 생명체는 탄생하지 못했을 것이다. 생명체가 번성하게 된 생물학적 이유는 알아냈는데, 그런 환경이 조성된 물리적 이유는 여전히 오리무중이었다. ---「지식의 네 번째 경계. 잘라낸 우주」중에서

우리는 기체 분자로 가득 찬 방의 미시적 상태를 완벽하게 알 수 없다. 우리가 알 수 있는 것은 거시적 상태뿐이며, 하나의 거시적 상태에는 수많은 미시적 상태가 대응된다. 지식이 불완전하기 때문에 통계적 상황밖에 고려할 수 없는 것이다. 로벨리와 콘은 이 불완전한 지식이 우리의 시간 감각과 관련된 ‘흐름’을 낳는다는 것을 수학적으로 증명했다. 알 수 없는 미시계를 거시적 관점에서 고려할 때 시간이 개입되고, 여기서 더 깊이 파고들어 가면 시간은 사라진다. 통에 담긴 물을 거시적 규모에서 보면 ‘수면’이 존재하지만, 원자 규모로 들어가면 수면이라는 말 자체가 무의미해지는 것과 비슷하다. 하나의 원자에 대해서는 온도를 논할 수 없고 축축한 물 분자가 존재하지 않는 것처럼, 온도 역시 기본적인 개념이 아니라 겉보기 현상에 불과하다. ---「지식의 다섯 번째 경계. 손목시계」중에서

수학은 주사위에 대해서 마술 같은 결과를 낳는다. 확률이란 무엇인가? 주사위를 600번 던진다면 눈금 6이 100번쯤 나올 것이다. 그러나 내게 필요한 것은 확률이 아니다. 나는 주사위를 한 번 던졌을 때 어떤 눈금이 나오는지 알고 싶다. 그런데 혼돈 이론의 방정식에 따르면 초기 상태의 미세한 변화가 결과에 큰 영향을 미치기 때문에, 계의 미래(또는 과거)를 예측하려면 현재 상태를 완벽하게 알고 있어야 한다. 그러나 양자 역학의 불확정성 원리에 따르면 입자의 위치와 운동량을 동시에 정확하게 알 수 없으므로 계의 미래(또는 과거)를 예측하는 데에는 분명한 한계가 있다.

주사위나 첼로, 손목시계, 폭죽은 우리 주변에서 쉽게 만날 수 있다. 그런데 이 책은 이런 단순한 물건들에서 양자물리학과 우주론, 지각과 인식, 신경과학 등 첨단과학을 설명하고, 우리가 알 수 없는 질문에 대해 설명하고 있다. 책을 읽어보니 우리가 아직도 알아내야 할 것이 많다는 것을 느꼈다. 아쉽게도 절대 알 수 없는 것들은 존재한다. 하지만 모르는 것이 있었기 때문에 과학이 발전할 수 있었다. 인간은 아직 알아내지 못한 것들을 알아내기 위해 노력하고 있다. 그리고 우리는 어떤것을 알아내는것이 불가능하더라도 최소한 알 수 없는 것들의 목록을 늘이기 위해 노력해야 한다.

  ‘마커스 드 사토이‘, 저자 이름이 낯설다. 그러면 다음의 인물과 그의 저서는 한 번 쯤은 들어봤을 것이다. ‘리처드 도킨스, ＜＜이기적 유전자＞＞’. 이 책의 저자인 ‘마커스 드 사토이’와 ‘리처드 도킨스’ 사이에는 공통점이 있다. 바로 ‘옥스포드 대학교의 과학의 대중적 이해를 위한 찰스 시모니 석좌 교수’라는 점이다(도킨스는 초대, 마커스 드 사토이는 후임). 리처드 도킨스의 경우 과학의 전문적 지식들을 이해하기 쉽게 설명하는 그의 필력과 입담을 생각하면 위 직함에 고개가 끄덕여진다. 그렇다면 ‘마커스 드 사토이’도 과연? 내심 기대하며 책을 읽기 시작했다. 읽으면 읽을수록 ‘과연?’은 어느새 ‘역시!’로 바뀐다. 

  이것이 이 책을 관통하는 저자의 핵심 질문이며, 거의 600쪽에 이르는 긴 여정은 이 질문에 답하기 위한 과정이다. 각 장의 순서는 저자의 이러한 여정을 반영하듯, 일반적인 1,2,3...장의 명명 방식에서 벗어나 ‘지식의 ○번째 경계’로 이름 붙였는데, 여기서 ‘지식의 경계edges of knowledge’는 ‘미지가 존재하는 영역, 지식의 지평선 너머 우리가 볼 수 없는 영역(26p)’을 의미한다. 저자가 탐험하는 지식의 경계는 0번째에서 시작해서 일곱 번째에 끝나는데, 글의 구조를 따져본다면 ‘0번째’는 서론, ‘첫 번째~여섯 번째’는 본론, ‘일곱 번째’는 결론에 해당한다. 

  본론에 해당하는 지식의 경계들은(첫 번째~여섯 번째) 우리가 흔히 ‘알 수 없는 것’, 다시 말해 ‘미지의 영역’이라 생각하는 주제들을 차근차근 탐험하는데, 사물 또는 대상을 지칭하는 독특한 제목- 카지노 주사위, 첼로, 우라늄 한 덩어리, 잘라낸 우주, 손목시계, 챗봇 앱 -은 호기심을 자극한다. 그런데, 그 사물(대상)들은 저자가 갖고 있거나 경험해 본 것으로(‘잘라낸 우주’를 제외하고), 하나하나는 각각 ‘미지의 영역’을 의미한다. 예컨대, 저자는 연구실 책상에 있는 라스베이거스에서 가져온 주사위로 이야기를 시작한다. 주사위가 훌륭한 도박의 도구로 쓰일 수 있는 까닭은 던질 때마다 다음 숫자를 예측할 수 없기 때문으로, 이는 곧 ‘미래의 예측 불가능성’이라는 지식의 경계 문제를 불러일으키며, 그 과정에서 결정론적 방식으로 미래를 예측할 수 없다는 ‘혼돈이론’을 검토한다. 다른 장들도 이와 비슷하다. 저자가 연습하는 ‘첼로’ 얘기로 시작하여 ‘물질을 구성하는 궁극의 최소 단위를 알 수 있는가? 그 단위는 개개의 입자인가? 아니면 끈으로 묶여 있는가?’라는 물음들을 검토한다. 

  저자는 솔직한 사람이다. 수학을 전공한 자신은 다른 분야에 대해 잘 모를 수 있다며, 다른 분야를 탐험할 때에는 다른 전문가들의 도움을 받았음을 솔직하게 말한다. 그리고 그 전문가들과 만나 나눈 얘기들을 생생하게 전달하는데, 과학에 관심이 있는 사람들은 한 번쯤 들어봤음직한 하나같이 쟁쟁한 이름들이다. 지식의 네 번째 경계에서 ‘우주는 무한한가, 유한한가’라는 미지의 영역을 다루며, 이론 물리학자 존 배로, 지식의 여섯 번째 경계에서 ‘인간 의식은 어디에서 비롯되는가?’라는 문제를 다루며 신경과학자 크리스토프 코흐와의 인터뷰를 생생하게 전달한다. 그 외에도 종교적 과학자이자 양자 물리학자인 존 폴킹혼, 이론 물리학자 로저 펜로즈와 나눈 흥미진진한 대화를 들을 수 있다. 

  이 책을 읽는 재미는 이 뿐만이 아니다. 저자가 직접 모르모트가 되어 실험에 참가한 얘기(지식의 여섯 번째 경계), 드문드문 나오는 위트와 재치, 입담에 피식한 적이 한 두 번이 아닌데, 입자 물리학에서의 대칭을 다루며 “내가 다른 건 몰라도 대칭에 대해서는 좀 아는 편이다(157p)”(사실 저자는 ＜＜대칭＞＞이라는 책을 썼다)라는 표현, 지식의 세 번째 경계에 나오는 다음의 부분도 상당히 재미있었다. 저자는 어느 해 ‘하나의 물체가 여러 곳에 동시에 존재한다’는 이상한 내용이 담긴 조지 가모프의 ＜＜미지의 세계로의 여행＞＞이라는 책을 선물받은 적이 있는데, 주인공이 겪는 양자 세계에서의 모험에 큰 흥미를 가졌고 아래와 같이 생각했다고 한다. 양자물리학의 핵심 내용을 이보다 더 재치있게 표현하기는 힘들지 않을까?   

  ‘우리가 절대로 알 수 없는 것이 정말로 존재하는가?’ 저자는 패배주의나 회의주의에 빠지지 않는데, 저자의 태도를 한 마디로 요약하면 ‘희망적 낙관주의’이다. 인간의 뇌, 계산 능력, 언어의 한계를 인정한다. 그러나 이런 한계들은 과학의 발전으로 극복될 가능성이 있다. 결국 ‘우리는 모든 것을 알 수 없고, 지식의 한계를 넘어선 미지는 항상 존재할 것이다. 그러나 이것은 ‘절대로 알 수 없는 미지’가 아니다.(562p)’. 저자는 다음과 같이 결론 내린다.

  나는 과학을 전공한 사람이 아니다. 수학 전공자는 더더욱 아니다. 평소 과학책 읽기를 즐겨할 뿐이다. 때문에 혼론이론, 양자물리학, 빅뱅이론, 천체 물리학, 수학의 다양한 이론 등을 다루고 있는 이 책을 읽기 쉽지 않았으며, 다 이해할 수 있었던 것도 아니다. 그러나 이 책은 끝까지 읽을 수밖에 없게 만드는 매력이 있다. 다 읽고 난 다음에 과학적 사고력과 지식의 폭이 한 층 넓어지고 깊어졌음을 느낀다.  얼른 저자가 말하는 지식의 경계를 탐험하고 싶어진다.

 리뷰어클럽 서평단 자격으로 작성한 리뷰입니다.