“물리적 실재론” 이란 우리 눈앞에 있는 물질세계가 현실이고, 그것 하나 만으로도 존재한다는 사고방식이다.
대개의 사람들은 이것이 너무도 당연한 것이라고 생각 할 것이지만, 실은 물리적 실재론에서는 물리상의 사실을 밝힐 수 없는 경우가 종종있다. 이전 세기에 물리학자들이 맞닥뜨린 패러독스는 현재도 해결되지 않은 부분이 많고, 끈이론이나 초대칭성과 같은 유망한 이론이라 하더라도 돌파구가 아직 열리지 않고 있다. 그것과는 대조적으로 “양자적 실험론” 이라면 이 패러독스를 설명할 수 있다. 양자얽힘이나 겹침, 어떤 면에서 붕괴하는 양자파는 물리적으로 있을 수 없는 현상이다.
그렇기 때문에 역사상 처음으로 존재하지 않는 것에 대한 이론이 존재하는 것에 대한 것을 예측하는 사태가 발생한다.
비현실이 현실을 예측한다는 것이 말이 되는가? 양자적 실험론이란 물리적 실험론과 완전히 상반된 사고다.
즉 양자적 세계야 말로 현실이고, 가상현실로서의 물리세계를 만들어 내고 있다고 해석한다.
양자역학은 물리차원의 원인이기 때문에, 그것을 예측 할 수 있는 것이다. 물리세계에서는 양자세계는 있을 수 없는 일이다. 그리고 양자세계에서는, 물리세계는 그것이 가상현실이 아닌 한 있을 수 없는 것이 된다. 여기서는 양쪽 입장에서 물리상의 문제를 어떻게 다루고 있는지 들여다 보자.
10. 우주에 시작이 있었다
*물리적 실재론
빅뱅이론에 대해서는 들어 본 적이 있을 것이다. 하지만, 만약 물리적인 우주가 거기에 존재한다면 그 시작은 과연 어떤 것이었을까? 완전한 우주라면 만들어지지도 사라지지도 변화하지도 않을 것이 아닌가? 하지만 1929년에 천문학자 에드윈 허블이 모든 은하가 우리로부터 멀어지고 있다는 것을 발견하고, 140억년 전에 빅뱅이 일어났음을 시사했다.
또한 우주배경방사의 발견에 의해서도, 그 시점에서 우주가 시작했을 뿐 아니라 시공도 시작되었음을 알게 되었다.
그러나 아무것도 없는 무(無)에서 우주가 탄생한다는 것은 불가능하다. 이것은 매우 불가사의한 사고이지만 오늘날의 대부분의 물리학자가 믿고 있는 것이다. 그들의 설명으로는, 최초에 일어난 일은 진공에서 발생한 양자 요동(quantum fluctuation) 이라고 한다. 하지만 물질이 우주에서 나온다고 하면, 우주는 도대체 어디에서 튀어나왔다는 말인가?
그리고 양자 요동은 어떻게 공간을 만들어 내고, 어떻게 시간은 마음대로 시작되었다는 것인가?
*양자적 실재론
모든 가상현실은 처음 사상에서 생겨나고 이 시점부터 시공이 시작된다. 이 견해에서는, 빅뱅은 우주가 시공 운영체제가 기동 했을 때의 현상으로 본다. 또한 양자적 실재론은 빅뱅이 실제로는 빅립(우주가 산산조각이 나는 현상)이었다는 것을 시사한다.
9. 우주에는 속도의 한계가 있다
*물리적 실재론
아인슈타인은 우리 세계에 진공상태에서 빛보다 빠른 것은 없다고 결론지었다. 하지만 그 원인은 분명하지 않다.
현재, 빛의 관찰 결과와 빛이 단일한 것이라는 점에서 광속은 일정하다고 인식 되어졌다. 그러나 “왜 더 빠르게 갈 수 없는가?” 라는 물음에 대해서, “불가능하니까!” 라고 대답하는 것은 납득이 되지 않는다. 빛은 물이나 유리를 지날 때 속도가 저하한다. 물이나 유리를 빛이 통과할 때, 각각이 매개체가 되는데 아무것도 없는 공간일 경우 그에 관한 설명은 없다.
하지만 파동은 아무것도 없는 무의 상태에서 어떻게 진동을 일으키는 것일까? 빛이 아무것도 없는 공간을 이동하기 위한 물리적 근거가 하나도 없는 것이다.
*양자적 실재론
물리적세계가 가상현실이라면 그것은 정보처리의 산물이다. 정보란 유한한 집합으로부터 선택된 정의이다. 그렇기 때문에 그것을 변화시키는 정보처리도 유한 해야 하며, 우리들 세계도 유한을 쪼개어 갱신되고 있는 셈이 된다. 어느 슈퍼컴퓨터의 프로세스는 1초에 1경회이상 갱신되는데, 우리 우주가 갱신되는 속도는 그것의 1조배에 또다시 1조배다. 화상이미지에는 화소와 갱신속도가 있듯이, 이 세계에는 플랑크 길이와 플랑크 시간이 있다. 이 사고에 있어서 네트워크가 사이클당 1화소이상 빠르게 전송되지 않기 때문에, 광속은 가장 빠른 상태다라고 생각한다. 따라서 광속이란 공간속도라고 불려야 한다.
8. 시간이 늘었다 줄었다 한다
*물리적 실재론
아인슈타인의 쌍둥이 패러독스에서는 쌍둥이 중 한명이 로켓을 타고 광속에 가까운 속도로 이동해서 1년 후에 지구에 돌아왔다고 한다면, 지구에 남은 형제는 80세가 되었을 거라고 예측한다. 말도 안되는 이야기 같지만, 1970년대에 실시된 원자시계를 탑재시킨 비행기를 날려보낸 실험에서, 실제로 시간이 느려지는 것이 확인되었다. 하지만 모든 변화의 기준이 되는 시간이 변화한다는 것은 무엇을 의미할까?
*양자적 실재론
가상현실은 가상시간의 영향하에 있다. 컴퓨터 게임을 하는 사람이라면 알 것이다. 컴퓨터에 부하가 심하게 걸리면 동작이 느려진다. 다시말해 게임속에서 시간이 천천히 가게된다. 이와 같이, 속도나 큰 질량 상태에서 시간이 느려진다는 사실은 세계가 가상현실이라는 것을 시사하고 있다. 쌍둥이 패러독스에서 로켓에 타고 있던 형제는 1살 밖에 나이를 먹지 않았다.
왜냐하면 처리에 부하가 걸려 버벅이고 있었으니까.
7. 시공이 왜곡된다
*물리적 실재론
상대성 이론에 따르면, 태양은 주위의 공간을 휘게 함으로써 지구를 지금의 궤도에 묶어두고 있다. 하지만, 어떻게 하면 공간자체가 휘어지는 것일까? 공간은 정의상, 그 안에서 움직임이 발생하는 것으로 되어있다. 따라서 공간이 휘어지기 위해서는 또 다른 공간이 필요하고, 또한 공간도 휘어지기 위한 공간이 필요하고 하는 식으로 계속 된다. 만일 물질이 무(無)의 공간에 존재하는 것이라면 그 무(無)가 이동하는 것은 불가능하다.
*양자적 실재론
대기중인 컴퓨터는 실제로 대기하고 있는 것이 아니라, NULL 프로그램을 끊임없이 돌리는 것이다. 공간도 이것과 같다.
공간에 있는 진공이 근접한 2장의 판자에 압력을 가하는 현상을 카시미르 효과라고 한다. 현대물리학에서는 사방에서 날아드는 가상입자가 그 원인이라고 하지만, 양자론적 실재론에서는 공간은 막대한 정보처리로 가득 차 있고, 이것이 카시미르 효과와 같은 결과를 낳는다. 그리고 처리 네트워크로서의 공간이라고 한다면, 휘어지는 3차원 표면을 보이는 것도 가능하다.
6. 랜덤성의 존재
*물리적 실재론
양자론에서는 양자붕괴가 무작위로 일어나기 때문에, 방사성 원자는 항상 광자를 발 할 수 있다. 하지만 랜덤한 현상은 이제까지의 물리학에서는 설명 할 수 없다. 양자론에서도 또한, 물리 현상은 랜덤하게 발생하는 “파동함수의 붕괴”를 요하기 때문에, 모든 물리 현상이 랜덤한 요소를 지니게 된다.
이 물리적 인과관계의 우위성을 둘러싼 난문에 대응하기 위해, 1957년 휴 에버렛 3세가 다세계론이라는 이론을 내놓았다.
여기에서는 어느 양자선택이라도 새로운 우주가 생겨나므로 무수히 존재하는 우주의 어딘가에서 갖가지 선택지가 가능하다고 설명하고 있다. 공상과학과 같은 이야기 이지만 오늘날의 물리학자들은 랜덤성이라는 문제를 회피하기 위해 이 이론을 자주 끄집어 낸다.
*양자적 실재론
온라인 게임의 프로세서가 랜덤한 수치를 발생 시킬 수 있듯이 우리세계도 또한 가능하다. 따라서 양자현상이 무작위로 일어나는 것은, 우리가 접속할 수 없는 클라이언트 서버가 있다는 말이된다. 양자적 랜덤성은 잘 설명할 수 없는 문제이지만, 생물진화에 있어서 유전적 무작위성과 같은 역할로 물질의 진화에 영향을 주고 있다.
5. 반물질(反物質, antimatter)의 발생
*물리적 실재론
반물질이란 전자, 양자, 중성자에 해당하며, 반대의 전하와 성질을 가진 반입자에 의해 구성된 물질이다.
우리 우주에서는 정전하를 가진 원자핵의 주위를 부전하 전자가 돌고있다. 반물질 우주에서 부전하의 원자핵 주위를 정전하의 전자가 돌고 있다. 만일 물질과 반물질이 접촉하면 양쪽 모두 소멸 할 것으로 여겨진다.
반물질의 존재는 폴 디랙의 등식으로 예측되었지만, 물질을 소멸시키는 현상이 일어날 수 있는 이유는 알지 못했다.
파인만 다이어그램에 따르면 전자가 반전자와 접촉했을 때의 설명에서는, 충돌하는 반전하의 시간이 거꾸로 간다.
이 등식은 많은 도움이 되지만 그것이 시사하는 것은 모호한 부분이 있고 물리학의 인과관계를 거스르고 있다.
현대 물리학에서 반물질은 가장 이해하기 힘든 발견이라 하겠다.
*양자적 실재론
물질이 정보처리의 결과이며, 정보처리가 수치배열을 정의한 것이라고 한다면, 이렇한 수치는 역수(逆數)로도 존재할 수 있을 것이다. 이 시점에서는 반물질은 정보처리가 행해진 결과로서 생겨난 불가피한 부산물이다.
시간이 물질에게 있어서 미래로의 정보처리 사이클의 완료라고 하면, 반물질에게는 과거 사이클의 완료를 의미하게 되고, 논리적으로는 시간이 반대로 흐른 것이 된다.
물질이 반대의 성질을 가질 수 있는 것은 그것을 만들어 내는 정보처리가 반전 가능하기 때문이다. 같은 이유로 반(反)시간도 생길 수 있다. 이러한 반대의 성질을 가질 수 있는 것은 가상시간 뿐이다.
4. 이중 슬릿 실험
*물리적 실재론
200년도 전에, 토마스 영은 지금까지도 물리학자들을 괴롭히는 어떤 실험을 행했다. 그는 슬릿이 들어가 있는 두장의 판자에 빛을 통과시켜 스크린상에 간섭패턴을 투영했다. 이것이 가능해 지는 것은 빛이 파장일 때 일 뿐이어서, 광자는 파장일 것이라고 생각했다. 하지만 빛은, 광자가 입자가 아니라면 생기지 않을 스크린의 한 점에도 투영되었다.
물리학자들의 실험이 계속되어 요번에는 한 개의 광자를 동시에 슬릿에 쏘아 보았다. 한 개의 광자는 예측대로 한 점에 남았지만, 점이 계속 모임에 따라 차차 간섭 패턴이 들어 나게 된다. 각각의 광자가 과거에 쏘아진 광자의 착지지점을 알리 만무하다. 그렇다면 왜 이런 패턴이 나타나는 것일까?
슬릿을 한쪽, 또는 양쪽에 검출기를 설치하고 광자의 경로를 확인해 보면, 광자는 항상 슬릿의 한쪽 만을 통과하고, 동시에 통과한 흔적은 없었다. 신기한 일이지만 광자는 관찰을 하고 있을 때는 입자가 되었다가, 관찰하지 않으면 파형이 되는 것이다. 현대물리학에서는 이것을 입자와 파동의 이중성 수수께끼라 부른다. 그리고 아직도 미해결로 남아있다.
*양자적 실재론
양자론은 두개의 슬릿을 통과해서 간섭하고, 스크린의 한 점에서 붕괴하는 가상의 파동을 이용해서 영의 실험을 설명한다.
광자 프로그램은 네트워크 상에서 파형과 같이 현상을 넓혀가다, 접속 포인트가 오버로드되고 리부트 되는 시점에서 입자인 것 처럼 재기동한다. 우리가 물리 현실이라 부르는 것은 재기동이 반복된 것이라고 생각하면, 양자파도 양자붕괴도 설명 가능해 진다.
3. 암흑 에너지와 암흑물질
*물리적 실재론
현대물리학은 눈에 보이는 물질의 5배의 물질이 우주에 존재한다고 믿고 있다. 이것을 암흑 물질 이라고 한다.
이것은 은하의 중심에 위치하는 블랙홀 주위에 있는 하로(halo)로 검출 가능하다. 별들이 가지는 중력 이상으로 서로를 끌어들일 수 있는 것은 암흑물질이 있어서 이지만, 빛이 검출되지 않기 때문에 물질이 아니며, 감마선의 흔적이 없으므로 반물질도 아니고, 중력 렌즈가 없으므로 블랙홀도 아니다. 하지만 이것이 없다면 은하의 별들은 뿔뿔이 흩어져 버린다.
암흑물질을 설명하기 위해 WIMP라고 하는 가상입자가 제창되었지만, 아직 발견되지 못했다. 거기에 더해 우주의 70퍼센트가 암흑물질로 되어있다고 하지만, 이것에 대해서도 설명해 주지 못하고 있다. 암흑 에너지는 일종의 반중력이고, 약하지만 착실히 작용하고 있다. 물질을 밀어내는 효과를 가지기 때문에 우주의 확대가 가속된다.
오래도록 그렇다할 변화는 발견되지 않았다. 어쩌면 확대해 가는 우주속에 떠다니는 무언가가 서서히 힘을 잃고 있는 지도 모른다. 만일 그것이 우주의 성질이라면 우주가 팽창 할 수록 확대 되어야 할 것이다. 이것에 대한 명확한 답은 존재하지 않는다.
*양자론적 실재론
만약 아무것도 없는 NULL처리 라고 하면, 무(無)라고는 할 수 없다. 그리고 만약 우주가 팽창한다면, 그것은 새로운 우주가 끊임없이 추가되고 있는 것이다. 신규처리 포인트는 그 정의상, 입력을 받고서 첫 사이클에서는 아무것도 출력하지 않는다.
아무것도 내보내지 않고 흡수하는 이와 같은 것은, 암흑 에너지라고 불리는 효과와 같다. 만약 새로운 우주가 일정한 비율로 추가된다고 하면, 그 효과가 시간이 지남에 따라 변하는 일은 없을 것이다. 그렇기 때문에 암흑 에너지는 우주가 끊임없이 창조되게 한다. 이 모델은 블랙홀 주위를 비추는 암흑물질에도 적용된다.
여기서 하로가 등장하는 것은 블랙홀에 너무 가까이 접근해서 빛이 빨려 들어갈때, 멀리 떨어진 빛이라면 그 궤도를 탈출 할 수 있기 때문이다. 양자적 실재론의 예측으로는 암흑물질과 암흑에너지를 설명 할 수 있는 입자가 발견될 가능 성은 없다.
2. 전자 터널링
*물리적 실재론
우리 세계에서는, 전자는 관통 불가능한 가우스장 밖으로 돌연 탈출이 가능하다. 이것은 밀봉된 유리병에 들어있던 동전이 갑자기 밖으로 빠져나가는 마법과 같은 것이다. 순수한 물리 세계에서는 이와 같은 일은 일어 날 수 없다. 하지만 우리들의 세계에서는 일어 나고 있다.
*양자적 실재론
양자론에서는 때론 전자가 위에서와 같은 움직임을 요구한다. 왜냐하면 양자파는 물리적인 장해물이 있어도 퍼지며, 전자는 임의 점에서 무작위적으로 붕괴되기 때문이다. 각각의 붕괴는 우리가 물리현실이라고 부르는 영화의 한 콤마이고, 다음 1콤마가 정해져 있지 않는 한, 확률에 따라 무작위로 발생한다. 즉, 관통 불가능한 장소를 관통하는 전자 터널링은 영화에서 등장인물이 실내에서 밖으로 나가는 장면을 편집으로 잘라버린 것과 같은 것이다.
이상하게 생각될 지도 모르지만 어떤 상태에서 다른 상태로의 텔레포트는 여러 양자물질이 이동하는 방법 그 자체이다.
우리는 물리세계가 관측이 없더라도 존재한다고 생각하지만, 양자론의 관찰자 효과는 게임 내의 환경과 같이 특정 위치로 시야를 향했을 때만 나타난다는 것을 말하고 있다.
봄 해석에서는 유령과 같은 양자파가 전자를 유도하지만, 본 이론에서는 전자가 그 유령과 같은 파형인 것이다. 양자적 실재론에서는 양자 세계야 말로 현실이고, 물리세계는 그 산물에 불과 하다는 것으로 양자 패러독스를 해결한다.
1. 양자얽힘
*물리적 실재론
가령 세슘원자가 반대방향으로 두개의 광자를 방출 한다고 했을 때, 한쪽 방향이 윗쪽으로 돌고 다른 쪽은 아래로 돈다고 하면, 이것을 양자론에서는 “얽혀있다” 고 표현한다. 하지만 한쪽이 랜덤하게 위로 돌 경우, 다른 쪽은 어떻게 아래로 향해야 할지 순간적으로 거리도 무시한 채 알 수 있는 것일까?
이 검출실험은 섬세한 주의를 기울여 실시되었지만 역시나 양자론이 옳다는 결과가 나왔다. 얽힘 상태에 있는 한 개의 광자를 관찰하면 다른 한쪽은 반대로 돌고 있는 것이다. 그뿐 아니라 그것이 설령 광속으로도 순식간에 도달 할 수 없는 거리라 할지라도 결과는 같다. 그런 일은 물리적으로는 결코 있을 수 없다.
*양자적 실재론
이 견해로는 프로그램이 결합되어 2개가 동시에 실행 되었을 때 2개의 광자가 얽힌다고 생각한다. 한쪽 프로그램이 위로 돈다고 하면 다른 쪽은 아래로 돈다. 또한 이것은 2점의 화소가 어디에 있던 실행 될 수 있다. 어느쪽 화소이던지 물리현상이 한쪽 프로그램을 랜덤하게 재기동시키면, 다른 쪽은 역스핀 코드가 실행된다.
이 코드의 재배분이 거리를 무실할 수 있는 것은, 언뜻 거리가 있는 것 처럼 보이지만 프로세스는 화상을 변화시키기 위해 일부러 그 장소로 이동 할 필요가 없기 때문이다. 물리학의 표준 모델에는 61개의 기초입자가 포함된다. 만약 이것이 기계라고 하면 점등시키기 위해 24개의 노브가 필요하게 된다. 또한 16종류의 개별 ‘전하’ 에 의해서 14개의 가상입자를 만들기 위해 5개의 보이지 않는 장소를 필요로 한다. 이 모든 것에서 완전성을 예측할 지도 모르겠지만, 표준 모델에서는 중력, 양자 안정성, 반물질, 쿼크전하, 뉴트리노 질량 또는 회전, 양자 랜덤성 등을 설명 할 수 없다. 모든 것이 치명적인 문제인 것이다. 우주의 대부분을 구성하는 암흑 에너지나 암흑물질을 설명 할 수 있는 입자는 존재하지 않는다.
양자적 실재론은 양자론의 등식을 하나의 네트워크와 프로그램에 의해 재해석한 것이다. 이것이 전재로 삼는 것은, 물리세계는 정보처리의 출력이며 진짜 세계가 다른 장소에 있다는 가설이다. 물리세계의 리버스 엔지니어링은, 물질은 고정된 양자파로 빛으로부터 진화한 것이라는 것을 시사한다. 그리고 여기서 진공의 빛이 충돌 함으로서 물질이 만들어 진다고 예측한다. 그것과는 대조적으로, 표준 모델에서는 광자는 충돌 할 수 없다고 설명한다. 만일 진공의 빛이 충돌해서 물질을 만들어 낸다고 하면, 입자 모델은 정보처리에 기반한 이론으로 대체할 수 있을 것이다.