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『두뇌는 최강의 실험실』은 분야의 최고 지성들이 인류의 중요한 난제들에 의문을 품고 사고실험을 통해 답을 찾아가는 과정을 담은 책이다. 공학박사이자 대학에서 과학철학을 가르치고 있는 저자는 이 책에서 철학부터 논리학, 수학, 물리학, 양자역학에 이르기까지 역사에 길이 남을 다양한 분야의 사고실험을 소개하고, 그 의미와 학문적 배경을 설명한다. 책에는 하버드대 교수인 마이클 샌덜이 『정의란 무엇인가』에서 소개해 널리 알려진 ‘전차의 딜레마’부터 ‘갈릴레이의 연결된 물체 낙하 실험’, ‘뉴턴의 양동이 실험’, ‘데카르트의 꿈의 논증’, ‘아인슈타인의 낙하하는 엘리베이터 실험’ 등 학문의 상식을 뒤엎고 혁신적인 이론의 바탕을 이끌어낸 가장 대표적인 사고실험 20가지가 실려 있다.

최고의 재미와 지적 쾌감을 선사한다!
제논, 갈릴레이, 데카르트, 뉴턴, 슈뢰딩거, 아인슈타인……
인류 최고 천재들의 짜릿한 사고실험 20가지
순간이동을 한 당신은 원래의 당신과 동일인물인가? 우리가 사는 이 세계가 꿈이 아니라고 단언할 수 있을까? 현재의 행위가 지나간 과거를 바꿀 수 있을까? 컴퓨터는 지성을 지닐 수 있을까? 살아 있는 것도 죽어 있는 것도 아니라는 것은 어떤 의미인가? 돌이킬 수 없는 일을 원상태로 되돌릴 수 있을까?
위 질문 중 어떤 것도 쉽게 답하기 어려울 것이다. 그럼, 인류 최고의 천재들은 어땠을까? 제논, 갈릴레이, 데카르트, 뉴턴, 슈뢰딩거, 아인슈타인 같은 누구나 아는 천재들은 사고실험을 통해 답을 찾아갔다. 각 분야의 최고 지성들이 인류의 중요한 난제들에 의문을 품고 사고실험을 통해 답을 찾아가는 과정을 담은 책 『두뇌는 최강의 실험실』이 출간되었다.
공학박사이자 대학에서 과학철학을 가르치고 있는 저자는 이 책에서 철학부터 논리학, 수학, 물리학, 양자역학에 이르기까지 역사에 길이 남을 다양한 분야의 사고실험을 소개하고, 그 의미와 학문적 배경을 설명한다. 하버드대 교수인 마이클 샌덜이 『정의란 무엇인가』에서 소개해 널리 알려진 ‘전차의 딜레마’부터 ‘갈릴레이의 연결된 물체 낙하 실험’, ‘뉴턴의 양동이 실험’, ‘데카르트의 꿈의 논증’, ‘아인슈타인의 낙하하는 엘리베이터 실험’ 등 학문의 상식을 뒤엎고 혁신적인 이론의 바탕을 이끌어낸 가장 대표적인 사고실험 20가지가 실려 있다.
이 책을 읽다 보면 역사상 중요한 사고실험들이 어떻게 상대의 주장을 물리치고, 기존 상식들에 균열을 내고, 혁신적인 이론의 바탕을 이끌어냈는지 알 수 있다. 또한 인류 최고 천재들의 번득이는 상상력과 기상천외한 발상, 치밀한 논리전개를 엿볼 수 있다. 이런 점에서 이 책은 생각하는 힘과 논리력을 키워주는 논리 교과서이자, 과학철학의 발전과정을 확인할 수 있는 과학철학서이며, 지적 재미와 쾌감을 선사하는 훌륭한 교양서이다.

실험실도, 도구도, 전문지식도 필요 없다.
어떤 기상천외하고 극단적이고 잔인한 설정도 허용된다.
필요한 것은 오직 자유로운 발상과 상상력뿐!
사고실험이란 실제로 하지 않고 머릿속 추론만으로 하는 실험을 말한다. 머릿속에서 이루어지기 때문에 현실에서는 불가능한 극한 상황을 설정해서 상식과 통념을 날카롭게 해부할 수 있다. 사고실험이라는 방법이 관심을 끌기 시작한 것은 20세기 중엽부터이다. 과학사가 학문으로 자리매김하면서 과거에 진행된 사고실험들의 의의와 논리, 그리고 사고실험을 통해 펼쳐진 주장의 설득력 등이 재조명되었고 사고실험이라는 용어가 대중에게도 널리 쓰이게 되었다.
사고실험은 원래 물리학이나 철학에서 이론을 세우거나 예측할 때 주로 활용되었지만 윤리학, 심리학, 경제학, 인공지능, 심리철학, 진화론, 계산과학 등 다양한 분야에서 행해진다. 또한 사고실험의 목적과 방법도 매우 다양하다. 상대방 가설이 가진 모순을 보여줌으로써 상대 스스로 자신의 가설을 포기하게 하는 방법, 현실에서는 있을 수 없는 극단적인 상황을 설정해서 이론이 성립하기 위한 조건과 원리를 알아내는 방법, 궁극의 선택을 강요해서 자신도 미처 모르고 있던 본심을 드러내게 하는 방법, 무의식적으로 받아들이고 있는 개념의 의미를 해부하고 규명해내는 방법 등이 있다.
저자는 사고실험의 의미에 대해 “인간은 미래를 위해 문학과 역사로부터 배우려고 하는데 이것이 바로 사고실험이다”라고 말한다. 즉, 한 인간이 가질 수 있는 경험의 폭은 매우 적기 때문에 역사 속 등장인물이 원래와 다른 선택을 했다거나 당시의 배경 상황이 달랐다면 이후의 역사가 어떻게 흘러갔을까를 더듬어봄으로써 미래에 더 올바른 선택을 할 수 있는데, 이 과정이 바로 사고실험이라는 것이다. 또한 저자는 우리가 앞으로 어떤 과학기술을 수용해야 할지, 어떤 가치를 받아들여야 할지를 고찰하고 사회적 합의를 이끌어내기 위해서도 사고실험을 해보는 것이 필요하다고 강조한다.
지금껏 학문의 상식을 뒤엎고 혁신적인 이론을 탄생시킨 이들은 모두 사고실험의 대가들이었다. 비단 학문뿐만 아니라 인류가 더 나은 방향으로 나아가기 위해서는 기존의 상식을 의심하고, 새로운 가능성을 모색하는 것이 필요하다. 이 책에서 그 힌트를 찾을 수 있을 것이다.

머리말

PART1 머릿속이라서 가능하다!―이것이 바로 진정한 사고실험
실험파일1 전차의 딜레마와 장기 제비뽑기: 한 명을 살리느냐 다섯 명을 살리느냐?
죽느냐 죽이느냐 하는 궁극의 선택 | ‘전차의 딜레마’ 사고실험 | ‘전차의 딜레마’의 변형 | 무엇이 정의인가 | ‘장기 제비뽑기’ 사고실험 | 당신은 무엇을 기준으로 판단하는가 | ‘야전병원에서 약의 분배’를 생각해보자
실험파일2 제논 역설: 시간과 공간은 무한히 분할 가능한가?
피타고라스교단 vs 제논 | ‘아킬레스와 거북’ 사고실험 | 제논은 수학적으로 틀렸다? | ‘아킬레스와 거북’은 정말 역설인가? | 무한이란 무엇일까 | column 베르누이의 상트페테르부르크의 도박
실험파일3 갈릴레이의 사고실험: 상대의 주장을 수용하는 척하면서 물리쳐라!
무거운 물체일수록 빨리 떨어진다－아리스토텔레스의 자연학 | ‘연결된 물체 낙하’ 사고실험 | ‘매체의 저항’ 사고실험 | 상대의 모순을 지적해서 자신의 주장을 관철시키다

PART2 인간과 세계의 존재를 근본에서부터 묻다!―철학·세계관의 사고실험
실험파일4 전송기 문제: 순간이동을 한 당신은 원래의 당신과 동일인물인가?
‘어디로든 문’의 난제 | 무엇을 기준으로 동일인물이라고 판단하는가 | 파핏의 ‘전송기’ 사고실험 ① | 파핏의 ‘전송기’ 사고실험 ② | 난치병을 치료하기 위해서라면 냉동 보존되어도 괜찮은가 | column 테세우스의 배

실험파일5 메리의 방과 철학적 좀비: 퀄리어란 무엇인가?
‘박쥐가 된다는 것은 어떤 것인가’ 사고실험 | 퀄리어란 무엇인가 | ‘퀄리어 역전’ 사고실험 | ‘메리의 방’ 사고실험 | ‘철학적 좀비’ 사고실험

실험파일6 튜링 테스트 VS 중국어 방: 컴퓨터는 지성을 지닐 수 있을까?
컴퓨터와 인간을 구별할 수 있는가-엘리자 | 컴퓨터과학의 개척자-폰 노이만과 튜링 | 컴퓨터는 생각하는가-튜링 테스트 | ‘중국어 방’ 사고실험 | 뇌세포 하나하나는 모국어를 이해하지 못해도 | ‘마음이란 무엇인가’라는 어려운 질문

실험파일7 통 속의 뇌와 세계 5분 전 창조 가설: 이 세계가 꿈이 아니라고 단언할 수 있는가?
영화 〈매트릭스〉의 가상현실 | ‘통속의 뇌’ 사고실험 | 데카르트의 ‘꿈의 논증’ | 데카르트의 ‘기만하는 신’ | 퍼트넘이 말하고자 한 것 | ‘세계 5분 전 창조 가설’ 사고실험 | 세계는 6천 년 전에 창조되었다?- 창조과학

실험파일8 우주의 미세 조정에서 잠자는 미녀 문제로: 우주는 왜 기적적으로 인류 탄생과 맞아떨어졌을까?
‘호수의 물고기’ 사고실험 | 기적적인 ‘우주의 미세 조정’ | ‘인류지향원리’로 신의 등장을 피할 수 있을까? | ‘다우주’론으로 기적을 설명한다 | ‘평범성의 원리’와 ‘인류 종말 논법’ | ‘잠자는 미녀 문제’ 사고실험

PART3 확률과 가능성의 논리를 탐구하다!―수학·논리의 사고실험
실험파일9 도박사의 오류: 기적이 그렇게 계속될 리 없다?
도박과 확률론의 끈끈한 관계 | ‘도박사의 오류’ 사고실험 | 미래의 견해를 바꾸다-베이즈 추론과 라플라스의 계승 규칙 | ‘역(逆) 도박사의 오류’ 사고실험 | 기적이 우연이 아닌 필연이었다면 | 원숭이의 셰익스피어 쓰기는 기적인가-관측선택효과 | column 드 메레의 의문

실험파일10 몬티홀 딜레마와 세 명의 죄수 문제: 어느 쪽이 유리한지 따져보자!
몬티홀 딜레마 | 주부 마릴린의 견해 | ‘세 명의 죄수 문제’ 사고실험 | ‘변형 세 명의 죄수 문제’의 사고실험 | ‘세 명의 죄수 문제’를 나라면 어떻게 답할까 | 확률은 기분에 좌우된다?-주관적 확률해석과 객관적 확률해석 | column 베이즈 정리

실험파일11 뉴컴의 역설과 죄수의 딜레마: 현재의 행위가 지나간 과거를 바꿀 수 있을까?
‘혀 잘린 참새’도 사고실험이다? | 뉴컴의 사고실험 | 상자 B만 갖는 것이 낫다-기대효용 최대화의 원리 | 두 개의 상자를 갖는 것이 낫다-우월전략 | 역시 상자 B만 고르는 것이 낫다-반복형 뉴컴실험 | ‘죄수의 딜레마’ 사고실험 | 시간을 거슬러 올라가 영향을 미친다면-소급인과 | column 칼뱅주의자의 근면

실험파일12 카드 선택 문제와 헴펠의 까마귀 역설: 법칙이 성립하는 예보다 성립하지 않는 예가 중요하다?
웨이슨의 ‘카드 선택 문제’ | 논리학에서 고찰해보면 | 헴펠의 ‘까마귀 역설’ | 까마귀 역설은 무엇이 이상한가 | ‘모든 ○○는 △△’을 증명하기는 어렵다

실험파일13 케인스의 미인 투표 게임과 성 선택: 모두가 선택할 것 같은 쪽을 골라야 한다
먼저 다윈의 진화론부터 | 자식을 낳지 않는 쪽이 자신의 유전자를 남길 수 있다? | ‘성 선택’이란 | ‘미인 투표 게임’ 사고실험 | 극단에 다다르면 멈춘다-런어웨이 가설

PART 4 자연의 섭리와 미시세계에 다가가다!―물리학·양자론의 사고실험
실험파일14 맥스웰의 악마: 돌이킬 수 없는 일을 원 상태로 되돌릴 수 있을까?
뒤섞여 있다면 의미가 없다 | 무에서 유를 창조하고 싶다 | 환상의 영구기관 | 에너지에는 질적인 차이가 있다 | ‘맥스웰의 악마’ 사고실험 | ‘질라드 엔진’ 사고실험 | 악마는 잊어버릴 때 에너지를 소비한다 | 계산하는 것과 발열

실험파일15 뉴턴의 양동이와 마흐의 양동이: 어느 쪽이 돌고 있나?
아인슈타인→마흐→뉴턴 | ‘뉴턴의 양동이’ 사고실험 | 절대공간과 관성 | ‘마흐의 양동이’ 사고실험 | 현대 물리학에서 ‘마흐의 양동이’는 어떻게 되었나 | column 갈릴레이의 상대성 원리에서 뉴턴역학으로

실험파일16 광속도 역설: 아인슈타인-16세 때 사고실험에서 특수상대성이론으로!
빛은 늦게 찾아온다 | ‘광속도 역설’-광속도로 빛을 뒤쫓아가면 | ‘통과하는 기차 안의 동시성’ 사고실험 | ‘광시계’ 사고실험 | ‘공간적 거리의 상대성’ 사고실험 | 특수상대성이론의 두 기둥

실험파일17 가속하는 엘리베이터: 가속도와 중력은 같다!
자유 낙하하는 기와장이 | 자유 낙하하는 엘리베이터 | 무중력 공간에서 가속하는 엘리베이터 | 중력에 의해 빛도 휘어진다 | 일반상대성이론

실험파일18 하이젠베르크의 감마선현미경: 양자역학의 불확정성이 지닌 진정한 의미란?
계속 오해받아온 불확정성 원리 | ‘하이젠베르크의 감마선현미경’ 사고실험 | 위치와 운동량을 동시에 관측하지는 않는다 | 기술자의 실천적 응용이 기초적·철학적 논의를 열다 | column 아인슈타인－드 브로이의 관계식

실험파일19 슈뢰딩거의 고양이와 위그너의 친구: 살아 있는 것도 죽어 있는 것도 아니라는 것은 어떤 의미인가?
미시와 거시는 달라도 좋은가 | ‘슈뢰딩거의 고양이’ 사고실험 | 이중구조인 채로 좋은가-양자역학의 관측이론 | 영원히 단절된 채?-관측자의 무한후퇴 | ‘위그너의 친구’ 사고실험 | ‘고양이’는 위대했다! | column 파동함수

실험파일20 EPR 역설과 벨 부등식: 양자역학은 불완전한가?
우리가 달을 보지 않지만 달은 존재한다? | 양자역학은 불완전한가?-아인슈타인 vs 보어 | EPR 역설 | 아인슈타인 패배하다?-벨 부등식 | 머민의 사고실험 | 사고실험에서 현실의 실험으로

맺음말: 당신도 사고실험을 해보자

사고실험 색인
인명 색인

실제 실험을 하지 않고 실험을 대체하는 방법으로 시뮬레이션이 있는데 이는 사고실험과는 전혀 다르다. 시뮬레이션은 계산기 실험이라고도 하며 컴퓨터가 대신 실험하는 것을 지칭한다. (……) 시뮬레이션과 사고실험은 실제 실험하는 것이 곤란하기에 그것을 대신한다는 점에서는 같다. 그러나 실험을 대신하는 주체가 컴퓨터냐 사람의 머릿속이냐의 차이가 있다. 게다가 시뮬레이션은 완성된 이론에 입각해서 컴퓨터로 정밀하게 계산하고 현상을 예측한다. 반면 사고실험에서는 대략적인 추론만으로 이론이나 가설의 득실을 판정하므로 정밀한 계산은 하지 않는다. 이론을 음미하는 것이 목적이다. ―13～14쪽

확률론은 도박에 대한 고찰에서 탄생했다. 현대 사회에서 보험, 금융, 사고, 정치 등 불확실성에 바탕을 둔 의사결정은 일상생활도 포함해서 모두 도박이라고 볼 수도 있다. 실제로 불확실성을 계산해야 하는 상황에서 우리는 확률의 성질을 자주 오해하곤 한다. 그중에서도 특히 이해하기 어려운 것이 독립시행이다. 이것은 ‘무작위’에 대한 오해라고 할 수도 있다. 이 장의 사고실험에서 보았듯이 기대치에 다가간다는 것은 시행을 무한히 계속하면 결과적으로 그 값에 가까워진다는 뜻이다. 현재에서 미래로 갈수록 그 값이 되게 하기 위해서 과거의 편중을 바로잡는 일이 일어나는 것은 아니다. ―149쪽

여러 가지 상황을 설정해서 사고실험을 해보기 바란다. 실제로는 일어날 것 같지 않은 확률이 매우 낮은 사고가 일어난다든지 어떤 미친 과학자가 등장하는 공상과학물처럼 상황을 설정해도 좋다. 예컨대 기계에 기억과 성격의 모든 것을 이식하고서 원래의 육체는 없어졌다고 상상해보자. 기억을 이식받은 기계가 연인이라고 인정할 수 있을까? 어떤 모습으로 변하든 그 사람일까? 아무리 능력이 떨어지고 과거에 대한 기억이 희미해도 연인은 연인인 것일까? (……) 이처럼 사고실험의 무대는 변화무쌍하며 다양하다. 거기서 당신은 자신이 인격 동일성의 판단기준으로서 무엇을 중시하는지 탐구할 수 있다. 그 결과 당신도 미처 모르고 있던 깊은 내면의 본심을 깨닫게 될지 모른다. ―333～334쪽