얼마 전에 제가 '양자역학 그리고 시뮬레이션 우주'라는 제목으로 이 게시판에 글을 올린 적이 있습니다.
양자역학에 대한 간단한 상식(?)과 이 우주가 컴퓨터의 시뮬레이션일지 모른다는 저의 추측에 대한 글입니다.
시뮬레이션 우주에 대한 글을 구글로 검색하다가 좋은 내용이 있기에 공유하기 위하여 새로 글을 올립니다.
2012년에 'Constraints on the Universe as a Numerical Simulation'이라는 논문이 나왔습니다.
'수를 기반으로 한 시뮬레이션으로서의 우주에 대한 제약 조건'이라고 번역을 하네요.
http://arxiv.org/abs/1210.1847 여기 가면 pdf로 전문을 볼 수 있습니다. (물론 영어!)
국내의 다른 분이 이 논문에 대하여 해석한 두 개의 글을 발췌해봅니다.
1. http://www.playwares.com/xe/37874151
옥스퍼드 대학의 닉 보스트롬 (Nick Bostrom)은 우리가 그런 시뮬레이션 속에 없을 가능성보다
(즉 실제 현실 세계에 살고 있을 가능성보다) 시뮬레이션 속에 살고 있을 가능성이 더 높다고 주장하였다.
이 가설을 실험에 의해 조사할 수 있는 방법이 있을까?
정말로 있다. 최근에 발표된 논문인 "수를 기반으로 한 시뮬레이션으로서의 우주에 대한
제약 조건(Constraints on the Universe as a Numerical Simulation)"에서 물리학자인
사일러스 빈(Silas R. Beane), 조레이 다부디(Zohreh Davoudi), 마틴 새비지(Martin
J. Savage)는 우리가 있는 세계가 정말로 컴퓨터 시뮬레이션이라는 것인지를 탐지할 수
있는 적절한 방법을 기술하고 있다. 물리학자들은 수년 동안 자연계의 힘을 구현할 수
있는 컴퓨터 시뮬레이션을 독자적으로 개발해왔다. 그것도 아주 작은 규모, 원자핵 크기
수준으로 측정할 수 있도록 말이다. 그들은 작은 크기의 우주를 구현하기 위해 3차원
그리드를 사용한다. 그런 후에 그들은 프로그램을 실행시켜 무슨 일이 발생하는지 관찰
한다. 이 방법을 통해, 그들은 소립자들의 운동과 충돌을 시뮬레이션으로 구현할 수 있었다.
그러나 빈 교수(Professor Beane)와 그의 동료들이 관찰한 바에 따르면, 이러한 컴퓨터
시뮬레이션의 결과, 경미하지만 독특한 이상 현상(anomalies)이 발생하였다. 그것은 일종
의 비대칭 현상(asymmetries)이었다. 만약 우리가 실제 우주에서도 이와 같은 독특한
이상 현상을 발견할 수 있다면? 그들은 그런 의문을 품었다. 논문에서, 그들은 우주선
(cosmic rays: 외계에서 지구로 와 닿는 광선들, 우주배가 아닙니다)을 자세하게 살펴보
면, 태양계 외부에서 지구 대기권으로 들어오는 그러한 고에너지 입자들로부터 유사한
비대칭 현상을 발견할 수도 있겠다는 제안을 한다. 만약 그렇다면, 이것은 곧 우리가 다른
사람이 만든 컴퓨터 시뮬레이션 속에 있다는 것을 뜻하는 것일 수 있다. 물론 단지 그럴
가능성이 있다는 것이지 반드시 그렇다는 것은 아니다. (이 문단에서 비대칭 얘기가
나왔는데 간단히 얘기하면, 우주와 자연은 수학을 포함하여 완벽한 대칭이고, 비대칭이란
것은 인위적으로, 즉 인간이 만든 산물이라는 가정에서 위의 논문 얘기가 나온 것입니다.)
2. http://article.joins.com/news/article/article.asp?total_id=14366060&ctg=20
그렇다면 우주가 시뮬레이션이란 가설을 증명할 수 있을까?
물리학자 빈(Silias R. Bean)·다부디(Zohreh Davoudi)·새비지(Martin J. Savage)는 최근 발표한 논문에서
'그렇다'고 주장한다. 우주 시뮬레이션들은 공간적 단위로 나눠진 격자(lattice) 모양의 배경을 지닌다.
격자들의 간격이 좁을수록 시뮬레이션 된 입자들이 가질 수 있는 에너지 레벨이 높아진다.
만약 우리가 살고 있는 우주가 시뮬레이션이라면 움직이는 입자들의 최고 에너지가 정해져 있을 것이다.
먼 우주에서 발생된 것으로 알려진 ‘초고에너지 우주선(ultra-high energy cosmic ray)’들은
1020eV(전자볼트)를 넘지 못한다. 마치 한정된 격자를 통해 만들어진 듯하다.
즉, 이제는 물리학자들이 우리가 사는 이 우주가 매트릭스처럼 가상세계인지를 고민하고 그것을 검증하려는 시도를
하고 있습니다. 아직은 완벽한 검증이 되지 않아서 섣불리 결론을 내리지 못한 상태인 듯합니다.
이 세계가 가상세계일지도 모른다고 생각하는 것이 어리석은 망상이 아니라 한 번 쯤은 고민해볼 만한 주제라고 생각합니다.
우리의 삶의 의미에 대한 새로운 해답이 나올 수도 있겠죠.
전통적인 물리학에 의하면 우주는 물질과 에너지로 구성되어 있고 생명체는 우연의 산물일 뿐이지만,
시뮬레이션 우주 관점에서 보면 지적 생명체가 뭔가 물질 이상의 가치가 있는 존재일 수도 있겠다는 생각이 드네요.
양자역학에 대한 간단한 상식(?)과 이 우주가 컴퓨터의 시뮬레이션일지 모른다는 저의 추측에 대한 글입니다.
시뮬레이션 우주에 대한 글을 구글로 검색하다가 좋은 내용이 있기에 공유하기 위하여 새로 글을 올립니다.
2012년에 'Constraints on the Universe as a Numerical Simulation'이라는 논문이 나왔습니다.
'수를 기반으로 한 시뮬레이션으로서의 우주에 대한 제약 조건'이라고 번역을 하네요.
http://arxiv.org/abs/1210.1847 여기 가면 pdf로 전문을 볼 수 있습니다. (물론 영어!)
국내의 다른 분이 이 논문에 대하여 해석한 두 개의 글을 발췌해봅니다.
1. http://www.playwares.com/xe/37874151
옥스퍼드 대학의 닉 보스트롬 (Nick Bostrom)은 우리가 그런 시뮬레이션 속에 없을 가능성보다
(즉 실제 현실 세계에 살고 있을 가능성보다) 시뮬레이션 속에 살고 있을 가능성이 더 높다고 주장하였다.
이 가설을 실험에 의해 조사할 수 있는 방법이 있을까?
정말로 있다. 최근에 발표된 논문인 "수를 기반으로 한 시뮬레이션으로서의 우주에 대한
제약 조건(Constraints on the Universe as a Numerical Simulation)"에서 물리학자인
사일러스 빈(Silas R. Beane), 조레이 다부디(Zohreh Davoudi), 마틴 새비지(Martin
J. Savage)는 우리가 있는 세계가 정말로 컴퓨터 시뮬레이션이라는 것인지를 탐지할 수
있는 적절한 방법을 기술하고 있다. 물리학자들은 수년 동안 자연계의 힘을 구현할 수
있는 컴퓨터 시뮬레이션을 독자적으로 개발해왔다. 그것도 아주 작은 규모, 원자핵 크기
수준으로 측정할 수 있도록 말이다. 그들은 작은 크기의 우주를 구현하기 위해 3차원
그리드를 사용한다. 그런 후에 그들은 프로그램을 실행시켜 무슨 일이 발생하는지 관찰
한다. 이 방법을 통해, 그들은 소립자들의 운동과 충돌을 시뮬레이션으로 구현할 수 있었다.
그러나 빈 교수(Professor Beane)와 그의 동료들이 관찰한 바에 따르면, 이러한 컴퓨터
시뮬레이션의 결과, 경미하지만 독특한 이상 현상(anomalies)이 발생하였다. 그것은 일종
의 비대칭 현상(asymmetries)이었다. 만약 우리가 실제 우주에서도 이와 같은 독특한
이상 현상을 발견할 수 있다면? 그들은 그런 의문을 품었다. 논문에서, 그들은 우주선
(cosmic rays: 외계에서 지구로 와 닿는 광선들, 우주배가 아닙니다)을 자세하게 살펴보
면, 태양계 외부에서 지구 대기권으로 들어오는 그러한 고에너지 입자들로부터 유사한
비대칭 현상을 발견할 수도 있겠다는 제안을 한다. 만약 그렇다면, 이것은 곧 우리가 다른
사람이 만든 컴퓨터 시뮬레이션 속에 있다는 것을 뜻하는 것일 수 있다. 물론 단지 그럴
가능성이 있다는 것이지 반드시 그렇다는 것은 아니다. (이 문단에서 비대칭 얘기가
나왔는데 간단히 얘기하면, 우주와 자연은 수학을 포함하여 완벽한 대칭이고, 비대칭이란
것은 인위적으로, 즉 인간이 만든 산물이라는 가정에서 위의 논문 얘기가 나온 것입니다.)
2. http://article.joins.com/news/article/article.asp?total_id=14366060&ctg=20
그렇다면 우주가 시뮬레이션이란 가설을 증명할 수 있을까?
물리학자 빈(Silias R. Bean)·다부디(Zohreh Davoudi)·새비지(Martin J. Savage)는 최근 발표한 논문에서
'그렇다'고 주장한다. 우주 시뮬레이션들은 공간적 단위로 나눠진 격자(lattice) 모양의 배경을 지닌다.
격자들의 간격이 좁을수록 시뮬레이션 된 입자들이 가질 수 있는 에너지 레벨이 높아진다.
만약 우리가 살고 있는 우주가 시뮬레이션이라면 움직이는 입자들의 최고 에너지가 정해져 있을 것이다.
먼 우주에서 발생된 것으로 알려진 ‘초고에너지 우주선(ultra-high energy cosmic ray)’들은
1020eV(전자볼트)를 넘지 못한다. 마치 한정된 격자를 통해 만들어진 듯하다.
즉, 이제는 물리학자들이 우리가 사는 이 우주가 매트릭스처럼 가상세계인지를 고민하고 그것을 검증하려는 시도를
하고 있습니다. 아직은 완벽한 검증이 되지 않아서 섣불리 결론을 내리지 못한 상태인 듯합니다.
이 세계가 가상세계일지도 모른다고 생각하는 것이 어리석은 망상이 아니라 한 번 쯤은 고민해볼 만한 주제라고 생각합니다.
우리의 삶의 의미에 대한 새로운 해답이 나올 수도 있겠죠.
전통적인 물리학에 의하면 우주는 물질과 에너지로 구성되어 있고 생명체는 우연의 산물일 뿐이지만,
시뮬레이션 우주 관점에서 보면 지적 생명체가 뭔가 물질 이상의 가치가 있는 존재일 수도 있겠다는 생각이 드네요.
이런식의 이론이 가지는 가장 큰 한계점은 "이론의 검증 불가능성이 이론 자체가 내포하고 있는 점" 입니다. 해당 논문에서는 QCD simulation이 가지는 한계점을 우리 우주가 똑같이 보여주고 있기 때문에 우리 우주가 시뮬레이션 일지도 모른다. 라는 주장을 하고있지만 돌이켜 생각해 보면, 우리가 만든 시뮬레이션은 우주를 본따 만든 것 이기 때문이므로, 다르게 해석하자면 "그냥 우주가 그렇게 생겨먹었기 때문에 시뮬레이션 결과가 그렇게 나오더라" 하는 주장도 가능해 집니다. 이 말의 요지는, 이 이론을 사실로써 뒷받침 해줄만한 증거의 존재 자체가 불가능하다 라는데에 있습니다. 시뮬레이션 속에 존재하는 우리는 시뮬레이션을 뛰어넘는 생각이나 관념을 가지지 못하기 때문이죠.
현재 과학계에는 이런식의-이론의 검증 불가능성을 내포한 이론 이 꽤 많이 존재하고 있습니다. (대표적으로는 끈 이론이 있습니다.) 우리는 이러한 이론들은 경계해야 할 필요성이 있습니다. 이론을 세우고, 주장을 뒷받침 하는 증거를 제시하고, 실험 또는 관측을 통해 이론이 사실로 받아들이는 전통적인 과정은 그 과정 자체로써 "과학"이라고 정의되어 왔습니다. 이러한 검증과정이 생략되어 버린다면 우리는 진화론에 대해서도 포기해야 합니다. 이렇게 생각해봐라. 말 되지않느냐. 사실이라는 증거는 없지만 사실이 아니라는 증거도 없지 않느냐. 이것도 이론으로써 인정해야 한다. 라는 식의 논리는 창조론자들이 대표적으로 주장하는 바 이지요.
이와같은 견해에 대해 아주 잘 쓰여진 글이 있습니다.http://www.nature.com/news/scientific-method-defend-the-integrity-of-physics-1.16535 이 글도 같이 읽어주셨으면 하는 바람입니다. :)
저도 도트부터 3D 까지 경험한 세대라 그런 생각이 듭니다
from CV
하지만 이것은 현재 수식에 따르면 "끈"이라는 입자가 너무 작아서 현재 기술로는 검증 불가능이라는
기술적 한계죠. 하지만 이런 시뮬레이션이냐 아니냐는 '논리'적 한계라서 같은 검증 불가능이라도 좀 다릅니다.
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초끈이론의 한 분야인 초대칭성(Supersymmetry) 를 15년 이상 연구하던 James Gates 교수.
복잡한 수식을 컴퓨터 도식으로 표현 하던 도중 우연히 물리 법칙안에 1940년도 Claude Shannon 이 발명한 “Doubly-even self-dual linear binary error-correcting block code” 와 동일한 컴퓨터 코드가 존재 함을 발견 하고 우리가 영화 매트릭스 같이 컴퓨터 시뮬레이션 안에서 살고 있을지 모른다는 가설을 제시한다.
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물리학의 수식을 연구하다가 숨어있는 어떤 수학적 코드(?)를 발견하면, 그 코드가 시뮬레이션 우주에 대한 증거가 될 가능성이 있나 봅니다. 그런 코드를 발견하는 것이 시뮬레이션 우주를 검증하는 한 방법이 될 수 있겠죠.
끈의 측정 불가능성은 단순히 기술적인 한계가 아닙니다. 아이러니컬하게도 끈이론에 따르면 끈의 측정은 이론적으로 아예 불가능 합니다. 단순한 "관측"이 불가능 한 것이 아니라 어떠한 직접, 간접적인 측정행위도 이론적으로 불가능합니다. 끈이 존재하는 아주아주아주 작은 세계는 관념적으로만 존재하기 때문입니다. (또한 더욱 역설적이게도 이런 공간의 최소한계를 정의하는 것이 끈이론의 가장 중추가 되는 관념입니다.)
그나마 가장 현실적(??)이고 확실한 방법이 존재합니다. 빅뱅이 일어날 우주의 태동기 시절에 만약 끈이 존재하였다면, 이 끈은 우주와 같이 팽창하였기 때문에 현재는 엄청나게 큰(행성의 크기에 비견될 정도로) 끈이 되어있을 것 입니다. 천문학 관측을 통해 우연히 이 끈이 발견된다면, 끈이론도 큰 힘을 얻게 되겠죠. :)
더불어 말씀드리자면 이러한 치명적인 한계를 가지고 있음에도 끈이론이 큰 유행을 탔던 것은, 그 이론이 수학적으로 매우 아름답기(!) 때문입니다. 또한 물리학의 가장 큰 난제를 수학적으로 해결하기 때문이기도 합니다.
이론도 현재 이론입니다.
불과 100년 전 만해도 중력은 단순히 만류 인력이라고만 믿고 있었고, 그 당시에는 물리학은 이제 '완성된' 학문이라고 했었죠. 그래서 물리학을 전공하겠다고 하면 당시 교수들은 학생들을 만류 했었다고 합니다.
하지만 상대성 이론과 양자역학이 나온 다음 인류의 물리학 지식은 빙산에 일각이라는 것을 알게 되었죠.
현재 원자 이하의 존재도 '광자'라는 한계 때문에 눈으로 직접 관측 불가능하죠.
하지만, 간접적 측정 방법으로 그 원자 이하의 존재를 충분히 증명하고 있습니다.
끈이론도 기술이 발달하면 이러한 간접적 측정 방법으로 검증 가능 날이 올 것 같네요.
음.. 제 말뜻이 잘 전달이 되지 않은 것 같은데, 기술이 발전하고 발전해서 A.D 200,000년이 된다 하더라도 끈의 측정은 불가능합니다. 끈의 존재를 주장하는 끈이론이 끈의 측정이 불가능하다고 정의해버리기 때문입니다.
더불어 지금 존재한다고 믿어지는 모든 입자들은 (광자나 쿼크, 이전에 존재가 증명된 힉스입자까지도) 측정은 가능합니다. 이 입자들의 존재를 주장하는 이론들은 모두 이론에서 이 입자의 "측정 불가능성"에 대해 이야기 하지 않았기 때문입니다. 아인슈타인이 상대론이나 광자론을 처음 주장할 당시에는 측정기능의 한계때문에 그 존재유무를 밝히는데 어려움이 있었지만, 측정이 불가능하다. 라는 이론은 어디에도 존재하지 않았습니다.
이러한 이론(끈이론이나 시뮬레이션 우주론) 역시 이론으로 인정되어야 한다면, 제가 처음에 썼던 글과 마찬가지로 창조론도 과학이론의 한 분야로써 인정해 버려야 합니다. 창조론 역시 모두 논리적으로는 말이 되지만, 이 이론이 사실이다 라는 증거의 유무를 이론 자체에서 부정하고 있기 때문이죠. 과학자들이 "창조론은 엉터리다" 라고 말하는 가장 큰 근거중에 하나가 "어디에도 증명할 방법이 없는 판타지 소설"이라는 점을 꼽는데요, 이 부분에 대한 담론을 스스로 무너뜨려야 하는 역설적인 상황을 맞이하게 됩니다.
제가 말하고 있는 시뮬레이션 우주 가설은 자체 내에서 본 가설이 맞는지 틀린지 검증하기가 불가능하다고 주장하고 있지는 않습니다. 반대로, 시뮬레이션 우주라는 가설이 맞는지를 검증하기 위하여 과학적 시도를 하고 있죠. 창조론과는 이점이 다르다고 봅니다.
그리고, 끈이론은 잘 모르겠는데 재미있어 보입니다. ^^ 양자론은 여러 번 접하면 알 듯 말 듯 한데 (물론 비전공자 입장에서) 끈이론은 정말 모르겠더군요.
양자 정보를 다루기 위한 최소한의 크기가 양자 이상이라 우주라는 정보를 다 시뮬레이션 하려면 우주 이상 크기의 공간을 차지하는 시뮬레이터(보통은 컴퓨터)가 필요합니다.
그리고, 공간 문제의 경우, 우리 우주에서 발생하는 전자기력으로 인한 전자의 공간 낭비(?)를 컴퓨터에서는 할 필요가 없으니 컴퓨터의 정보 처리 입자들 사이의 거리를 최소한으로 줄이면 우주 크기의 컴퓨터는 필요 없을 듯합니다. 우리 우주는 사실 거의 텅 비어있으니까요. 우리 몸도 사실 거의 텅 비어있고요.
제가 물리학 전공자가 아니라서 공간이 실제로 어떤 상태에 있는지는 잘 모릅니다. 양자 요동이 일어나고 있는 건가요?? (진공에너지가 발생??) 위 댓글에서 우주와 우리 몸이 거의 텅 비어있다고 말한 것은, 블랙홀의 상태처럼 입자들을 다닥 다닥 붙여놓는다면 엄청나게 작게 압축할 수 있다는 의미입니다. 원자 하나를 놓고 보면 실제 입자로서의 원자핵과 입자로서의 전자가 차지하는 부피는 원자 전체 크기에 비해서 거의 없는 거나 마찬가지이니까요. (저보다 더 잘 아실 듯. 전자가 중첩상태로 전자기력을 가지고 있기에 원자가 그렇게 커다란 공간을 차지하고 있다고 알고 있습니다.)
위의 내용이 맞고 안맞고의 시시비비 문제거리가 아니고 그러한 자유 발상적인 독창적이고 창의적인 활동으로
말미암아 과학도 발전하고 인류의 이성도 진일보하는 것이라 생각합니다..
마이클 탤보트의 홀로그램우주에서 나오는 내용들이 wony님이 쓴글과 같은 내용을 담고 있으니 참조하면 좋을겁니다.
검증 불가능성의 영역에서는
이성이상의 그 무엇이 하나 더 필요 할 듯 하네요
흥미롭네요
from CV
그리고, 진공에 나타나는 쌍생성/쌍소멸 등은 무작위적으로 나타나고 순간적으로만 존재하므로, 잘 모르겠지만 상상해보자면 우주를 시뮬레이션할 때 개개의 현상을 모두 계산하지 않고 양자론적으로 관측될 때만 실체화하여 처리하면 계산량을 줄일 수 있지 않을까요. 관측되지 않는 현상은 계산 보류 상태(?)로 두고요.
내용 재밌게 잘봤습니다. 감사합니다.
from CV