우리가 사는 세상은 무엇으로 이루어져 있을까요? 눈에 보이는 모든 것은 원자, 그 안의 양성자, 중성자, 그리고 전자로 구성되어 있다고 배웠습니다. 그런데 이 작은 입자들의 세계는 우리의 상식과는 너무나 다르게 움직입니다. 마치 한 개의 동전이 앞면과 뒷면이라는 두 가지 가능성을 동시에 가지고 있다가, 던져지고 나서야 비로소 한 가지 결과를 보여주는 것처럼 말이죠. 양자역학이 바로 이 기묘한 입자들의 세계를 설명하는 과학입니다. 그런데 이 과학을 어떻게 이해해야 할지는 여전히 큰 논쟁거리입니다. 오늘은 양자역학의 가장 유명한 두 가지 해석, 즉 코펜하겐 해석과 다세계 해석에 대해 이야기해 보려고 합니다. 이 두 가지는 과학을 넘어 우리의 존재와 현실에 대한 근본적인 질문을 던집니다.
관측의 힘: 코펜하겐 해석의 세계
쉽게 말해 코펜하겐 해석은 “보지 않으면 모른다”는 우리의 직관을 가장 잘 반영한 이론입니다. 이 해석에 따르면, 양자 입자는 우리가 관측하기 전까지는 모든 가능한 상태가 뒤섞여 있는 ‘중첩’ 상태에 있습니다. 마치 상자 안에 동전 하나가 있는데, 그 동전은 상자를 열어 확인하기 전까지는 앞면과 뒷면이라는 두 가지 가능성이 동시에 존재하는 것과 같습니다. 이 중첩된 가능성의 상태를 수학적으로 ‘파동함수’라고 부릅니다.
그런데 우리가 상자를 열어 동전을 확인하는 순간, 마법처럼 앞면 아니면 뒷면이라는 하나의 상태로 확정됩니다. 이것을 ‘파동함수의 붕괴’라고 합니다. 이 개념은 슈뢰딩거의 고양이 실험을 떠올리면 더 쉽게 이해할 수 있습니다. 상자 안의 고양이는 살아있을 가능성과 죽어있을 가능성이 동시에 존재하는 중첩 상태에 있다가, 우리가 상자를 열어 확인하는 순간 둘 중 하나로 결정되는 것입니다.
현실을 만드는 관측자의 역할
코펜하겐 해석이 던지는 가장 큰 철학적 질문은 바로 “관측자의 역할”입니다. 왜 하필 ‘관측’이라는 행위가 이토록 특별한 힘을 가질까요? 만약 세상에 관측하는 존재가 없다면, 세상은 영원히 여러 가능성이 뒤섞인 채로 존재할까요? 이 해석은 우리가 현실을 결정짓는 핵심적인 주체라는 점을 시사하며, 인간의 인식이 세계를 어떻게 정의하는지에 대한 깊은 고민을 남깁니다.
이런 관점은 자연이 본질적으로 불확정적이라는 사실을 인정하게 합니다. 우리는 입자의 모든 정보를 완벽하게 알 수 없으며, 오직 확률만을 계산할 수 있습니다. 자연의 불확정성은 단순한 측정 오차가 아니라, 세상의 근본적인 속성이라는 것입니다.
분기하는 우주: 다세계 해석의 평행세계
코펜하겐 해석의 ‘파동함수 붕괴’라는 개념에 의문을 제기하며 휴 에버렛 3세가 1957년에 제안한 것이 바로 다세계 해석입니다. 이 해석은 붕괴라는 개념 자체를 부정합니다. 파동함수는 절대 붕괴하지 않고, 우리가 보지 못하는 모든 가능성이 실제로 존재한다는 급진적인 주장을 펼칩니다.
그럼 슈뢰딩거의 고양이는 어떻게 될까요? 다세계 해석에 따르면, 우리가 상자를 여는 순간 우주 자체가 두 갈래로 나뉩니다. 한 세계에서는 고양이가 살아있는 것을 보고, 또 다른 세계에서는 죽어있는 것을 보게 되는 것입니다. 그리고 관측자인 우리는 둘 중 한 세계로 들어가게 되는 것이죠. 마치 게임에서 선택지가 나올 때마다 다른 엔딩을 가진 새로운 세계가 만들어지는 것처럼 말입니다.
모든 가능성이 현실이 되는 순간
다세계 해석은 코펜하겐 해석이 안고 있던 “왜 관측이 특별한가?”라는 질문을 깔끔하게 해소합니다. 관측은 현실을 결정하는 특별한 행위가 아니라, 이미 존재하는 수많은 현실 중에서 우리가 경험하게 될 하나의 경로를 선택하는 것에 불과합니다. 우주는 단 한 번도 붕괴하지 않고, 끊임없이 가지를 치면서 무수한 평행세계로 뻗어나가는 것입니다.
이 해석은 우리의 직관과 상식에 정면으로 도전합니다. 나의 다른 버전이 다른 세계에서 다른 삶을 살고 있다는 상상은 우리를 혼란스럽게 만들 수도 있습니다. 하지만 수학적으로는 양자역학의 기본 공식과 완벽하게 일치합니다. 파동함수의 수학적 구조를 있는 그대로 받아들였을 때 가장 자연스럽게 도출되는 결과가 바로 이 다세계 해석인 것입니다.
코펜하겐 vs 다세계: 우리는 어떤 세계에 살고 있는가?
코펜하겐 해석과 다세계 해석은 모두 양자역학의 실험 결과를 정확하게 예측합니다. 차이점은 실험실 밖의 현실을 어떻게 바라보느냐에 있습니다.
코펜하겐 해석은 관측을 중심으로 현실이 확정된다는 세계관을 제시합니다. 세상은 본질적으로 확률적이며, 우리의 관측 행위가 확률의 파동을 현실이라는 한 점으로 응집시킨다는 것입니다. 이는 우리가 세상에 의미를 부여하고, 선택을 통해 현실을 만들어가는 주체라는 느낌을 줍니다.
반면, 다세계 해석은 모든 가능성이 이미 존재한다는 결정론적 세계관에 가깝습니다. 우리가 내린 모든 선택과 그로 인한 모든 결과는 이미 다른 세계에서 실현되고 있습니다. 자유의지는 단지 무수히 많은 나들 중 하나가 경험하는 특정한 경로에 불과한 것일 수도 있습니다.
안타깝게도, 현재까지 이 두 해석 중 어느 것이 옳다고 증명할 수 있는 실험은 없습니다. 양쪽 모두 과학적으로 유효한 설명이기 때문입니다. 그렇기 때문에 과학자들 사이에서도 자신의 철학적 직관에 따라 선호하는 해석이 나뉩니다. 어떤 사람들은 단순하고 명쾌한 코펜하겐 해석을 선호하는 반면, 또 다른 사람들은 수학적 논리를 끝까지 밀어붙이는 다세계 해석에 매력을 느낍니다.
그래서 무엇을 선택할 것인가?
양자역학은 단순히 과학의 한 분야가 아닙니다. 그것은 우리의 현실, 존재, 그리고 의식에 대한 깊은 질문을 던지는 강력한 도구입니다. 코펜하겐 해석과 다세계 해석은 그 질문에 대한 가장 흥미로운 두 가지 답변입니다. 하나는 우리가 현실을 만드는 능동적인 주체라는 메시지를 주고, 다른 하나는 모든 가능성이 이미 펼쳐져 있다는 거대한 우주의 신비를 보여줍니다. 우리는 아직 어느 쪽이 진짜인지 알지 못하지만, 이 두 가지 해석은 모두 인간의 무한한 지성과 상상력을 보여주는 증거입니다. 당신은 어떤 세계관에 더 마음이 끌리시나요?