아인슈타인, 호킹, 파인만 다 모여도 풀 수 없는 미래 예측 방정식 (라플라스의 악마)

모든 일에는 원인이 있을 겁니다.

그 원인으로 인해 특정한 결과가 도출될 겁니다.

제가 태어난 것은 우리 부모님이 결혼을 했기 때문입니다.

그런데 타임머신이 생긴다면 이를 위배하기 때문에 타임머신은 존재할 수 없다고 말할 수 있습니다.

어떻게 알 수 있느냐의 문제를 과학에선 인과율이라고 합니다.

과학의 기본 목표는 어떤 운동현상들 사이의 인과율을 찾는 직업이었습니다.

어떤 것이 오른쪽으로 움직였다면 그걸 오른쪽으로 움직이게 만든 원인이 있을 겁니다.

즉 과거의 원인이 미래의 결과가 됩니다.

이를 결정론이라고 합니다.

모든 것이 결정되어 있다는 것이죠.

이 결정론을 가장 강하게 주장한 사람이 바로 프랑스의 수학자 라플라스였습니다.

 라플라스는 모든 변수를 파악하고 계산하고 통제할 수 있다면 완벽한 예측도 가능할 것이라고 생각했습니다.

어떤 존재가 한 입자의 모든 힘과 상황을 즉시 파악할 수 있다면 그 입자가 다음에 어떻게 움직일 지 알 수 있습니다.

그 존재는 입자들의 움직임을 즉시 파악하고 그 움직임을 식에 넣음으로써 미래를 볼 수 있습니다.

라플라스는 우주에서 불확실한 것은 아무것도 없을 것이라고 주장했으며 그렇게 미래를 예측할 수 있는 가상의 존재를 두고 19세기의 인류는 '라플라스의 악마'라고 불렀습니다.

신이 아니라 악마인 이유는 과학의 산물이기 때문입니다.

나폴레옹은 라플라스에게 그럼 이런 체계 안에서 신이 어떻게 들어가냐고 묻자 라플라스는 답했습니다.

"폐하, 저는 그 가설이 필요하지 않았습니다."

이 말은 라플라스는 신의 과학의 법칙을 깨뜨리지 않을 것이며 신이 개입하지 않을 때만 과학의 법칙이 성릭한다면 그건 과학의 법칙이 아니라는 의미였습니다.

하지만 라플라스의 바람과는 달리 안타깝게도 인간은 미래를 알 수 없습니다.

올여름 제가 여행을 갈 때 태풍이 올지 안올지 예상하는 것은 둘째치고 당장 내일 날씨도 확률로밖에 알 수 없지 않습니까?

 

아주 작은 요동이 다른 곳에서 엄청난 변화를 일으킵니다.

흔히 알려져 있듯 나비의 날개짓이 어마어마한 비를 내리게 만들 수 있습니다.

문제는 이걸 반복하기가 어렵고 최초의 시작이 나비의 날개짓이라는 것을 입증하기가 너무나 어렵다는 것입니다.

현재 우리가 목격하고 있는 세계는 상당히 비결정론적인 카오스의 세계입니다.

세상은 너무나 복잡합니다.

카오스는 시계의 운동, 담배연기의 운동, 물방울의 불규칙한 리듬, 레이저, 전기 회로의 잡음 등 거의 모든곳에서 볼 수 있습니다.

즉 올 여름에 태풍이 올지 안올지의 미래를 예측하려면 나비 한마리의 움직임까지 전부 다 조사해야 됩니다.

그리고 나비를 구성하는 모든 입자의 운동을 전부 조사해야 됩니다.

그러나 다 조사한다고 할지라도 안타깝게도 헛수고입니다.

어차피 모든 입자들의 속도와 질량을 동시에 정확하게 측정한다는 것은 불가능합니다.

하이젠베르크의 불확정성 원리에 따라 우리는 확률밖에 알 수 없습니다.

신은 우리에게 법칙은 주었지만 정확한 예측은 할 수 없도록 만들었습니다.

모든 현상들의 기초는 입자의 움직임에서 시작됩니다.

즉 어떤 현상이 왜 일어나고 또 미래에 어떻게 될지 알기 위해서는 입자의 움직임을 봐야 됩니다.

하지만 이 입자를 보려면 우리는 입자에 빛을 쏴야 됩니다.

그런데 입자의 빛을 쏘게 되면 입자는 그 빛을 맞아 움직이게 됩니다.

우리는 입자의 위치를 정확하게 측정할 수 없게 됩니다.

즉 라플라스의 결정론은 하이젠베르크의 불확정성 원리 앞에서 무력화됩니다.

현재 존재하는 입자의 위치와 속도조차 정확하게 측정하지 못하는데 어찌 미래를 예측하겠습니까?

아인슈타인은 이런 사실이 너무 싫었습니다.

그는 불확실성이 일시적인 것이고 입자의 정확한 위치와 속도는 정의되어 있을 것이라고 믿었습니다.

아인슈타인은 신은 실체를 알고 있을테지만 우리는 빛의 양자적인 특성 때문에 뿌연 유리를 통해 들여다보는 것처럼 세상을 뿌옇게만 보고 있다고 생각했습니다.

그러나 영국의 물리학자 존 벨에 의해 아인슈타인의 주장은 반박되었고 호킹의 표현에 따르면 신조차도 입자의 위치와 속도를 동시에 정확하게 알지 못한다는 것이 여실히 밝혀졌습니다.

다만 다행인것은 위치와 속도 한 가지 조합만큼은 예측하도록 허용한다는 점입니다.

그렇다면 결론은 무엇일까요?

누군가 스티븐 호킹에게 이렇게 물었다고 합니다.

"우주를 지배하는 법칙은 미래를 예측하는 것을 허용합니까?"

호킹은 답합니다.

"아니오인 동시에 예입니다. 원칙적으로는 미래를 예측하는 것을 허용합니다. 그러나 현실적으로는 계산이 너무 복잡합니다."

나비효과

이번 글을 쓰면서 타임머신이 개발되려면 얼마나 오랜시간이 걸릴까? 과연 만들어질수있는걸까?

저는 못만들어진다고 생각이 드네요.

미래를 예측하는 것 조차 엄청난 경우의 수가 필요하고 많이들 알고 계시는 나비효과처럼 나비 하나하나의 날개짓까지 알아야 한다는것에 엄청난 큰 충격을 받았습니다. 일기예보 조차도 구름의 움직임 , 바람의 세기 , 온도 , 습도 등을 보고 대략적인 확률로 예측만 하고있는데 이정도도 대단한거였습니다. 우리는 일기예보가 틀리면 아! 일기예보 안맞네. 또 틀렸네 이러면서 짜증만 내는게 부지기수인데 정말 정확하게 예측할 수는 없는것이었습니다.

이정도로 예측해서 알려주는것도 대단한 것이었습니다.

어떻게 더 기술이 발전이 될 지는 모르겠지만 조금씩 더 발전해서 점점 오차를 줄여간다면 미래예측에 한걸음 더 다가가는것이지 않을까요?

생각만 해도 제가 다 설레네요.