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과학계의 뜨거운 관심을 받아온 양자컴퓨터 개념의 깊고 넓은 탐구,
노벨물리학상 수상자 로저 펜로즈의 세계적인 고전 베스트셀러 개정판!

이 책은 저명한 수리 물리학자이자 2020년 노벨물리학상을 수상한 로저 펜로즈의 저작으로, 20세기 후반부터 이어져 온 과학계의 큰 화두인 양자컴퓨터 개념을 집대성한 학술서이자 대중과학서이다. 1990년 국제적인 권위의 론-플랑과학도서상을 수상한 이래 현재까지 세계 각국의 언어로 번역ㆍ출간되며 고전 베스트셀러의 반열에 올랐다. 이 책에서 펜로즈는 인간이 지닌 ‘마음’의 본질이 무엇인지, 컴퓨터가 그것을 완벽히 구현할 수 있는지에 대한 답을 찾아간다. 그러면서 ‘인간의 마음에는 결코 기계로 구현할 수 없는 그 무엇이 존재한다’고 주장하며, 초창기 강인공지능론자들의 ‘마음 만들기’ 노력을 안데르센 동화 「벌거벗은 임금님」에 빗대어 비판한다. 즉 이 시대의 전능자로 군림한 인공지능이 인간의 마음을 소유할 수 있다는 믿음은, 그 누구도 보지 못한 ‘황제의 새 옷’과 같은 허상에 불과하다는 것이다.
펜로즈는 컴퓨터과학, 수학, 철학, 고전물리학, 양자역학, 뇌과학 등 실로 방대한 분야를 아우르는 다학제적 논의와 그것을 관통하는 기본 원리들을 통해 과학이 마음의 작동 원리를 설명할 수 있는지, 한계는 무엇인지, 의식의 물리적 과정을 이해하기 위해 알아야 할 것은 무엇인지 밝혀나간다. 우선 1~4장에서 수학, 논리학, 철학, 튜링 머신 등에 대한 논의를 통해 '알고리즘'을 소개하며 ‘마음’이란 무엇인지 질문을 던지고, 이어서 5장의 고전물리학, 6장의 양자이론, 7장의 우주론, 8장의 양자중력으로 이어지는 물리학 주제들을 통해 자신의 이론 체계를 공고화한다. 그리고 마지막으로 9, 10장에서 뇌과학과 마음의 물리학에 대해 논하며 처음의 주제로 돌아가 마음에 대해 설명한다. 특히 양자론을 비롯한 현대물리학 이론들의 문제점과 한계, 이를 극복할 해결책에 관한 논의, 또 양자컴퓨터와 양자중력에 대한 소개에 주목할 만하다. 이 책에서 펜로즈는 자신의 주장을 보강하기 위하여 복소수, 튜링 기계, 복잡성 이론, 양자역학의 패러독스, 형식 체계, 괴델의 비결정성, 위상 공간, 힐베르트 공간, 블랙홀, 화이트홀, 호킹의 복사, 엔트로피, 두뇌 구조, 그리고 그 밖에도 현대과학의 정수가 되는 많은 주제를 두루 섭렵한다.
초판이 출간되고 30년 이상이 흐르는 동안 인공지능 연구는 혁신적인 발전을 이뤘고, 펜로즈가 허상에 불과하다고 보았던 인공지능의 ‘마음’은 현재 딥러닝을 비롯한 최신 기술들의 출현으로 실재하는 새로운 옷을 걸치게 되었다. 하지만 궁극적으로 모든 인공지능의 문제가 해결된다 해도 책의 핵심 주제라 할 수 있는 철학적 논쟁, 즉 몸ㆍ마음 문제는 영원한 미제로 남게 될 것이기에 그의 주장은 여전히 진지하게 탐구할 가치가 있다. 이번 개정판에서는 최신 이론과 상황에 맞지 않는 부분들을 옮긴이의 주석을 통해 보완하고, 추가적인 정보들을 더했다. 이 책의 학제를 넘나드는 다채로운 시선과 그것을 촘촘히 연결 짓는 짜임새 있는 구성은 과학 전공자나 인공지능 연구자뿐 아니라, 현대물리학과 철학적 문제의 관계에 진지한 관심을 지닌 일반 독자에게도 흥미롭고 쉽게, 또 깊이 있게 이해될 수 있도록 다가갈 것이다. 현대과학의 앞에 놓인 극단의 세계를 탐험함으로써 컴퓨터의 몸ㆍ마음 문제에 관한 심오하고도 아름다운 진실에 한 걸음 닿을 수 있는 기회가 되길 바란다.

개정판 옮긴이의 말
초판 옮긴이의 말
추천사
독자를 위한 노트

프롤로그

제1장. 컴퓨터도 마음을 소유할 수 있는가?
들어가며
튜링 테스트
인공지능
‘즐거움’과 ‘아픔’에 대한 인공지능적 접근
강인공지능과 설의 중국어 방
하드웨어와 소프트웨어

제2장. 알고리즘과 튜링 기계
알고리즘 개념의 배경
튜링의 개념
숫자 데이터의 2진 코드화
처치-튜링 명제
자연수 이외의 수
만능 튜링 기계
힐베르트 문제의 해결 불가능성
알고리즘을 능가하는 방법
처치의 람다 계산법

제3장. 수학과 현실
토블레드남 영역
실수
얼마나 많은 실수가 존재하는가?
실수의 ‘실체’
복소수
망델브로 집합의 생성
수학적 개념에 대한 플라톤적 실체?

제4장. 진리, 증명, 통찰력
수학에 대한 힐베르트의 프로그램
형식 수학 체계
괴델의 정리
수학적인 통찰
플라톤주의 혹은 직관주의?
튜링의 결론에서 유도된 괴델 형식의 정리들
재귀적 열거 가능 집합
망델브로 집합은 재귀적인가?
비재귀적 수학의 몇 가지 예
망델브로 집합은 비재귀적 수학과 유사한가?
복잡도 이론
실체 물체의 복잡도와 계산 가능성

제5장. 고전적 세계
물리학 이론의 상황
유클리드 기하학
갈릴레이와 뉴턴의 역학
뉴턴 역학의 기계학적 세계
당구공 세계 속의 생활은 계산 가능한가?
해밀턴 역학
위상 공간
맥스웰의 전자기 이론
계산 가능성과 파동 방정식
운동에 대한 로런츠 방정식: 고삐 풀린 입자
아인슈타인의 특수상대성 이론과 푸앵카레
아인슈타인의 일반상대성 이론
상대적 인과관계와 결정론
고전물리학에서의 계산 가능성: 우리는 어디에 서 있는가?
질량, 물질, 실체

제6장. 양자의 마력과 양자의 신비
철학자들은 양자론을 필요로 하는가?
고전 이론의 문제점
양자론의 시초
두 실틈 실험
확률 진폭
입자의 양자 상태
불확정성 원리
전개 프로시저 U와 R
동시에 두 곳에 있는 입자들?
힐베르트 공간
측정
스핀, 그리고 상태에 대한 리만의 구형
양자 상태의 객관성과 측정 가능성
양자 상태의 복제
광자 스핀
큰 스핀을 갖는 물체들
다입자계
아인슈타인, 포돌스키, 그리고 로젠의 ‘패러독스’
광자 실험: 상대성의 문제점?
슈뢰딩거 방정식과 디랙 방정식
양자장 이론
슈뢰딩거의 고양이
현 양자론에 대한 여러 가지 태도
이 모든 것은 우리를 어디로 이끄는가?

제7장. 우주론과 시간의 화살
시간의 흐름
끝없이 증가하는 엔트로피
엔트로피란 무엇인가?
제2법칙의 전개
우주의 저엔트로피의 기원
우주론과 빅뱅
시초의 불덩어리
빅뱅은 제2법칙을 설명할 수 있는가?
블랙홀
시공 특이점의 구조
빅뱅은 얼마나 특수한 것인가?

제8장. 양자중력을 찾아서
왜 양자중력인가?
바일 곡면 가설 뒤에는 무엇이 도사리고 있는가?
상태벡터 환원에서 시간의 비대칭성
호킹의 상자: 바일 곡면 가설과의 연계?
상태벡터는 언제 환원되는가?

제9장. 실제 두뇌와 모형 두뇌
뇌는 실제로 어떻게 생겼는가?
의식이 머무는 곳은 어디인가?
뇌 분리 실험
시맹 현상
시각피질에서의 정보 처리
신경신호는 어떻게 작동하는가?
컴퓨터 모델
뇌의 가소성
병렬 컴퓨터와 의식의 ‘단일성’
뇌의 활동에서 양자역학의 역할
양자 컴퓨터
양자론을 넘어서?

제10장. 마음의 물리학이 설 자리는 어디인가?
마음은 왜 필요한가?
의식이 실제로 하는 일은 무엇인가?
알고리즘의 자연 선택?
수학적 통찰력의 비알고리즘적 특성
영감, 통찰력, 독창성
사고의 비언어성
동물의 의식?
플라톤 세계와의 만남
물리적 실체에 관한 견해
결정론과 강결정론
인류 원리
타일링과 준결정체
두뇌의 가소성과의 연관 가능성
의식의 시간 지연
의식적 감지에서 시간의 이상한 역할
결론: 어린아이의 관점

에필로그

참고문헌
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