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양자정보로 바라본 자연과 세상!

양자정보이론을 통해 세계를 살펴보는 책 『물리법칙의 발견』. 세계적으로 촉망받는 영국의 젊은 물리학자 블라트코 베드럴은 쉽고 명쾌한 물리학적 개념으로 정보를 제시하며, 이를 통해 자연과 우주 만물의 법칙을 이해할 수 있도록 설명한다. 경제학에서부터 사회과학, 과학적 방법론에 이르기까지 과학 안의 경계를 넘나들며 정보라는 개념이 얼마나 광범위한 새로운 이해를 낳을 수 있는지 보여준다. 또한 정보가 만물을 구성하는 근본적인 실체이며, 세계에 대한 더 나은 이해를 돕는다고 강조한다. 양자물리학과 정보이론의 문제의식을 결합시켜 양자정보이론이라는 새로운 세계로 안내하는 책이다.

정보화시대의 현대인들은 ‘정보’를 알고 있을까?

정보화시대의 한복판을 살아가고 있는 현대인들은 ‘정보’라는 개념을 어떻게 알고 있을까? 현대 과학의 발전으로 오늘날 우리는 무차별적으로 정보에 노출되어 있다. 웹과 SNS의 폭발적인 성장으로 대중매체에 의한 정보 전달의 효용은 과거의 이야기가 되어버린 지 오래다. 정보의 홍수 속을 헤엄치며 정보 없이는 아무것도 할 수 없는 무기력한 존재가 되어버린 현대인들에게 정보는 이미 ‘모든 것’이다. 그런데 이토록 정보가 중요한 세계에 살고 있는 현대인들은 세계를 이해하는 데 정보를 얼마나 활용하고 있을까? 과연 정보의 개념을 알고 있을까? 대부분은 주저 없이 책상 앞에 놓인 서류 꾸러미나 컴퓨터 디스크에 저장되어 있는 파일들을 가리킬 것이다. 혹자는 정보의 개념을 왜 답해야 하는지, 그것이 왜 중요한지를 물을 수도 있다. 하지만 정보의 개념으로 세계를 다르게 이해할 수 있다면 어떨까?
여기 이 책이 바로 그러한 질문으로부터 우리를 진정으로 능동적인 정보화시대의 인간으로 거듭나게 해준다. 이 책의 저자인 블라트코 베드럴은 세계적으로 촉망받는 영국의 젊은 물리학자이다. 베드럴은 최신 물리학 이론인 양자정보이론을 통해 일상에서 수없이 제공되는 피상적인 정보의 개념을 넘어서 쉽고 명쾌하게 물리학적 개념으로 정보를 제시하며, 이 개념을 통해서 자연과 우주 만물의 법칙을 이해할 수 있도록 우리를 안내한다. 물리학적 개념이라고 해서 반드시 물리 영역에만 적용되는 것은 아니다. 저자는 경제학에서부터 사회과학, 그리고 과학적 방법론에 이르기까지 과학 안의 경계선을 넘나들며 정보라는 개념이 얼마나 광범위한 새로운 이해를 낳을 수 있는지를 보여준다. 나아가 정보가 만물을 구성하는 근본적인 실체이고, 세계에 대한 더 나은 이해를 돕는다고 저자는 설명한다. 이제 중력이론이나 열역학 법칙들을 부여잡고 뉴턴의 시대를 계속 살아갈 필요는 없다. 정보라는 개념으로 세계를 이해하고 발전시키는 진정한 정보화시대가 도래했기 때문이다.

정보로 바라본 자연 현상, 그리고 주식 투자에서 사회변혁까지

정보의 조각들이 세계와 우주를 구성하는 궁극적인 실체라는 주장은 사실 새로운 견해는 아니다. 컴퓨터가 나타나기 훨씬 전인 20세기 초부터 정보이론을 기초로 하는 암호학이나 정보통신의 연구 분야들은 이와 같은 관점을 견지하며 발전을 거듭해왔다. 그렇다면 이 책은 물리학적 전통을 그대로 옮겨놓은 늙은 유령들의 묘지밖에는 되지 않는 것이 아닐까? 이 책이 여느 정보이론을 소개하는 책들보다 뛰어난 점이 바로 여기서 드러난다. 저자는 클로드 섀넌의 정보이론으로부터 이 이론의 발전의 단초들을 물어가며 우리를 정보의 세계로 인도한다. 그는 정보라는 개념을 물리적 양의 개념으로 정의내리지만, 정보의 관점에서 다양한 사회현상들을 해석함으로써 이 양적 개념이 어떻게 사회현상을 해석하는 질적 사고를 포함할 수 있는지를 명쾌하게 보여준다.
먼저 저자는 이탈로 칼비노라는 이탈리아 소설가가 그린 ‘카드 게임’을 자연의 다양한 실재성에 비유하는데, 이 카드 게임의 참가자들은 각각 생물학, 열역학, 경제학, 사회과학, 컴퓨터과학 등 자연의 다양한 측면을 관찰하고 개입하는 영역들로 비유될 수 있다. 이들로부터 얻어지는 메시지들의 조합이 우리에게 자연이 어떻게 형성되었는지를 보여주는 것이다. 예를 들어, 생물학의 주요 문제인 생물의 진화에서 볼 수 있는 DNA의 암호화 과정은 정보가 높은 신뢰성을 가지고 확산되는 과정으로 이해될 수 있다. 또한 자기 복제의 문제를 정보의 관점에서 살펴보면, 우리는 정보가 없었던 곳에서부터 어떻게 정보가 생성될 수 있는지, 즉 무(無)에서부터 존재가 어떻게 창조될 수 있는지와 같은 심오한 철학적 논의와 연결시킬 수 있다.
비단 생물학의 영역에만 국한되는 것이 아니다. 저자는 경제학의 주요 문제인 이윤의 극대화, 카지노에서 딜러를 이기는 방법, 그리고 주식 투자자들에게 기본 원칙으로 알려진 분산 투자의 방법까지를 정보이론의 엔트로피 개념을 따라 설명해낸다. 사회과학의 고전적 문제들인 부익부 현상, 승자독식의 원리와 사회변혁의 가능성뿐만 아니라 최근 일어나고 있는 세계화 현상에 대해서도 정보의 일관된 관점으로부터 해석될 수 있다. 특히 사회는 상호 연결된 개인의 네트워크이며, 상호 정보를 공유하고 있는 개체 혹은 사회가 어떻게 더 살아남을 수 있는가를 전혀 어렵지 않은 비유와 예시로 풀어내는 그의 논의는 놀랍기까지 하다. 이처럼 저자는 일이나 에너지가 아니라 정보가 자연의 궁극적인 실체인 이유는 경제나 사회적 현상에도 성공적으로 적용될 수 있기 때문이라고 설명한다.

현대물리학의 신비로운 여행, 양자정보이론

이 책은 정보이론이 서로 다른 자연의 실재성을 잘 기술할 수 있다는 가능성을 설명하는 것에서 그치지 않고, 양자물리학과 정보이론의 문제의식을 결합시켜 양자정보이론이라는 신비로운 세계로 우리를 인도한다. 사실상 고전물리학과 정보이론은 명확한 결과가 존재한다는 결정론적 우주관에 기대고 있는데, 양자정보이론은 이러한 결정론을 해체시키고 우주에 대한 기존의 이해를 반전시키며 우주의 기원에 대한 새로운 관점을 제공한다. 즉 어떤 이론보다도 양자정보이론은 현실의 새로운 요소들을 발견해내는 데 용이성을 가진다는 것이 저자의 설명이다. 하지만 양자정보이론이 뛰어난 것은 이론적이고 추상적인 관념을 벗어나 실용적인 측면에서도 세계의 발전에 기여할 가능성을 충분히 가지고 있다는 데 있다.
2부에서 저자는 미시적인 물체의 움직임을 기술하면서 시작한 양자역학의 주요 개념을 재미있는 개인적 경험과 사례를 들어 소개하고, 공상과학영화에서나 등장했던 일들이 어떻게 가능해질지, 그 가능성을 제시함으로써 우리를 양자적 세계 속으로 끌어들인다. 특히 양자적 세계의 기괴함을 실제로 설명해내고 있는 최근의 실험 결과들을 보여주며, 저자는 미시적 물체들에만 적용 가능하다고 알려진 양자역학이 실제로 거시적인 세계로 확장될 수 있다는 가능성에 무게를 두고 있다. 저자의 견해에 따르면, 자연과 우주는 양자 컴퓨터로 묘사될 수 있으며, 양자역학의 발전을 통해 우리는 더 빨라진 정보처리 기능을 가진 더 작은 컴퓨터를 멀지 않은 미래에 이용할 수 있을 것이다. 그는 양자역학과 고전역학의 주된 차이점은 하나의 물체가 동시에 서로 다른 상태와 위치에 존재할 수 있다는 것이며, 이는 양자적 움직임들이 내재적 무작위성을 토대로 하기 때문이라고 설명한다. 물론 자연에는 무작위성과 결정론의 측면들이 모두 내재되어 있으며, 이는 무작위성과 결정론이 대결하는 것이 아니라 공존할 수 있고 이것이 곧 자연의 법칙이라는 점을 각인시켜준다.

결국, 태초에는 아무것도 존재하지 않았다!

그렇다면 과연 우주를 구성하는 정보의 조각들은 어디로부터 왔단 말인가. 이 책의 관점에서 다시 질문하자면, 양자정보이론으로부터 도출되는 법칙들은 진정으로 우주를 설명해낼 수 있는 궁극적인 법칙이 될 수 있을까? 이 질문을 프롤로그에서부터 에필로그까지 이 책을 관통하며 저자가 해결하려는 근본적인 질문이다. 이러한 ‘무에서의 창조’와 ‘법칙 없는 법칙’의 가능성은 내재적 무작위성이라는 양자론의 관점에서 설명될 수 있다. 저자는 무작위성이 자연과 우주에 내재된 성질이며, 신(神)이나 창조자가 없이도 최초의 정보가 생성될 수 있고, 궁극적인 법칙으로의 무한 회귀에서 벗어나 법칙 없는 법칙이 성립될 수 있다고 설명함으로써 천지창조의 고르디우스의 매듭을 끊어낸다. 그러나 무작위성이 결정론과 완전히 위배되는 것은 아니다. 양자역학의 논리에 따라 무작위성과 결정론은 동시에 존재할 수 있으며, 동시에 자연과 우주를 만들어가고 있는 것이다.
이 책의 가장 큰 장점은 저자의 냉철한 ‘질문들’에 있다. 저자는 ‘우주를 설명해낼 수 있는 궁극적인 법칙이 존재할 수 있을까?’, ‘정보의 조각들은 어디로부터 왔을까?’와 같은 근본적인 철학적 문제들에 대한 질문을 서슴지 않으며, 정보이론과 양자론, 양자정보이론을 발전시킬 수 있었던 근본적인 질문들을 이어감으로써 논의를 전개해나간다. 물리학에 아무런 기초 지식을 가지고 있지 않은 독자들이라도 그가 던지는 질문들의 연결 고리를 따라가기만 하면, 어느새 자신이 신비로운 물리의 세계에 도달해 있음을 알아차릴 수 있을 것이다.

이 책의 또 다른 장점은 친절한 설명에 있다. 현대물리학의 소개서로서 이만큼 친절한 책이 있을까 싶다. 저자는 물리 이론을 쉽고 친절하게 소개하기 위해 칼비노의 카드 게임의 비유에서부터 학생들과의 개인적인 교류의 경험, 사회경제적 현상의 소개 등 여러 가지 대중친화적인 예시와 비유를 들어 독자들의 이해를 돕는다. 물리 이론은 어떤 이론들보다도 이해하기 어렵다는 통념에 대한 적극적인 반격이다. 따라서 이 책의 독자들은 읽는 중간에 책을 덮어버리는 대신, 쉽게 마지막 책장을 넘길 수 있을 것이다.

프롤로그
1장: 무에서의 창조
2장: 사계를 위한 정보-다양한 분야에서 정보의 역할

제1부
3장: 기초로의 회귀-비트와 조각들
4장: 디지털 사랑-인생(LIFE)은 네 음절 단어
5장: 머피의 법칙-나는 이 일이 내게 일어날 줄 알았다
6장: 내기를 걸어야 할 곳-이기기 위한 전략
7장: 사회적 정보-연결되거나 죽거나

제2부
8장: 양자역학-“조명, 카메라, 액션!”
9장: 파동을 타고 가다-초고속 컴퓨터
10장: 목적 없이 돌아다니는 아이가 도달하는 곳-무작위성 대 결정론

제3부
11장: 모래알을 헤아리다-결국, 누구의 정보란 말인가?
12장: 완전한 파괴-존재가 만들어낸 무

에필로그
참고문헌
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