시뮬레이션 우주 - 스스로 계산하는 가장 거대한 양자컴퓨터 -

정보·계산·컴퓨터 과학으로 본

원자, 생명, 지능, 그리고 시간

전자기학부터 정보 엔트로피, 뉴런

반도체, 인공지능, 양자컴퓨터까지

정보 · 계산 · 컴퓨터 과학으로 본

원자, 생명, 지능, 그리고 시간

“걸작이다.”

★ 하버드대학교 김필립 교수 추천 ★

★ 케임브리지대학교 장하석 교수 추천 ★

“우주는 원자로 만들어지지 않았다. 비트로 만들어졌다.”

─데이비드 도이치, 옥스퍼드대학교 물리학 교수 · 2017년 디랙 메달 수상자

생명의 본질은 그것의 구성 요소가 아니라 DNA에 담긴 디지털 '정보'와 그 '계산'에 있다. 원자나 분자 수준의 미시 세계에서는 '정보' 측정이 곧 물리적 속성을 결정한다. 블랙홀 안으로 들어간 물질에 담긴 '정보'의 양은 블랙홀 경계의 면적에 비례한다. '정보'의 양에 관한 수학적 정의는 시간의 방향을 나타내는 물리량과 다르지 않다. 단백질 기반의 지능은 실리콘 기반의 '계산' 장치로도 구현할 수 있다. '물리학자들의 물리학자'로 불리는 존 아치볼드 휠러는 이처럼 여러 이론과 관측에서 보편적으로 나타나는 정보와 계산을 현대 과학의 근본적인 언어로 규정하고 다음과 같은 짧은 경구로 표현한다. “모든 것은 정보로부터 나온다(It from bit).”

『시뮬레이션 우주』에서 고등과학원 교수이자 세계적인 물리학자인 저자는 수많은 과학적 발견이 공통적으로 가리키는 자연 현상 혹은 자연 법칙과 정보 · 계산 · 알고리즘 사이의 밀접한 관계를 소개하며, 과연 정보란 무엇인지, 어떻게 모든 물리적 시스템이 임의의 계산을 수행하는 컴퓨터로 작동할 수 있는지, 왜 지능이 서로 다른 물질에서 똑같이 구현되는 것이 가능한지를 설명한다. 더 나아가, 현대 물리학의 관점에서 (우리 우주가 어느 거대한 컴퓨터 안에서 돌아가는 시뮬레이션이라는) 시뮬레이션 가설, (우주가 인간과 같은 지적 생명체가 등장하도록 미세 조정되었다는) 인류 원리 같은 철학적 주장을 검토하며, '우주'라고 불리는 일종의 컴퓨터 안에서 우주를 시뮬레이션함으로써 자기 자신을 이해하는 작은 컴퓨터, 즉 인간 존재의 의미에 관해 이야기한다.

지은이 : 박권

이론물리학자. 개별 입자의 합으로 설명되지 않는 시스템의 행동을 양자역학으로 설명하는 양자 다체 문제(quantum many-body problem)를 연구하고 있다.

서울대학교에서 물리학 학사, 뉴욕 주립대학교 스토니부룩에서 물리학 석사와 박사 학위를 받았다. 이후 예일대학교와 메릴랜드대학교 칼리지파크에서 박사후 연구원으로 일했다. 2008년부터 고등과학원 교수로 재임하고 있으며, 2019년에는 하버드대학교 방문교수를 역임했다.

2000년 소로프상, 2007년 고등과학원 학술상, 2017년 과학기술정보통신부 국가연구개발 우수성과 100선을 수상했다. 고등과학원의 과학 전문 웹진 《HORIZON》에서 2026년 기준 누적 조회수 36만 회에 달하는 「믿기 힘든 양자(Incredible Quantum)」를 연재했으며, EBS 〈다큐프라임: 어느 물리학자의 이상한 하루〉, 〈취미는 과학〉, CBS TV 〈세상을 바꾸는 시간, 15분〉, 유튜브 채널 '안될과학' 등에 출연했다. 지은 책으로 『일어날 일은 일어난다』가 있다.

들어가며

1장　지구라고 불리는 컴퓨터

삼체 문제 | 존재를 위한 계산, 계산을 위한 존재 | 모든 것은 비트로부터

2장　놀라움의 부재, 놀라움의 정도

라플라스의 악마 | 블랙홀 밖으로 정보 보내기 | 정보의 양을 재는 법 | 과학의 이상향

3장　파이 이야기

원주율에 담긴 메시지 | 원주율 계산하기 | 무질서에 담긴 질서 | 브라운 운동 | 컴퓨터라는 선물

4장　모든 곳에 있는 만능 기계

미로 찾기 | 아날로그 유체 컴퓨터: 물 적분기 | 아날로그 유체 컴퓨터: 모니악 | 디지털 유체 컴퓨터 | 논리곱과 배타적 논리합 | 물 덧셈 기계 | 보편 컴퓨터 | 초기 컴퓨터: 차분 기관, 조석 예보기

5장　모래로 지은 골렘

매끄러운 검은 돌, 모놀리스 | 세 번째로 위대한 물리학자 | 백열전구 계산기: 3극 진공관 | 백열전구 계산기: 논리 연산 | 반도체, 계산 혁명의 시작 | 파울리의 배타 원리 | 다이오드 | 트랜지스터 | 확장된 표현형

6장　인공지능은 전기양의 꿈을 꾸는가

자유의지 | 뉴런과 커넥톰 | 퍼셉트론 | 인공지능의 두 겨울 | 다층 퍼셉트론 | 황제의 새 마음

7장　시뮬레이션 우주, 우주 시뮬레이션

시뮬레이션 가설 | 중첩, 파동 함수, 그리고 붕괴 | 국소파와 평면파 | 불확정성 원리 | 양자컴퓨터 | 쇼어 알고리즘 | 우주 시뮬레이션 | 양자 시스템 바꾸기 | 바닥 상태 | 마지막 질문

8장　마지막 질문

참여 우주 | 인류 원리

나가며