순간이동에 관한 흥미로운 강연

Original Essay: https://www-users.cs.york.ac.uk/~schmuel/tport.html

1월 31일, 저는 레호보트의 공상 과학 소설 클럽에서 양자 순간 이동과 다른 “말도 안 되는” 것들에 대해 강연을 했습니다. 지금까지 저는 제가 생각하는 순간이동의 의미와 이러한 순간이동이 얼마나 어려운 것인지를 다루는 강연의 첫 부분을 글로 써달라는 요구를 많이 받아왔는데요. 사실 저는 이 문제에서 제 강연이 옳다고 주장하는 건 아닙니다. 언제까지나 제 생각일 뿐이죠. 게다가 저는 근본적인 양자 현상과 연구 과정에서 발견하는 기타 영역을 연구하는 데 더 흥미를 느낍니다.

먼저 순간이동이라는 단어가 의미하는 바를 생각해 봅시다. 누군가가 “봐, 나 드디어 성공했어! 이제 나도 순간이동을 할 수 있다고!”라고 했을 때, 그 사람이 말하는 순간이동이 여러분이 알고 있는 그것인지는 알아야 하니까요. 좋습니다. 저는 스타 트렉을 봤으니, 그에 따라 정의를 내려보도록 하죠.

순간이동은 육체와 분리되어 행해지는 즉각적인 이동입니다.

잠깐, 그게 말이 되나요? 몇십 년간에 걸쳐 실험으로 뒷받침되는 아인슈타인의 상대성 이론에 의하면 세상에서 가장 빠른 것은 빛입니다. 우리가 이 이론을 규범으로 받아들인다면 위의 정의는 다음과 같이 바뀝니다.

순간이동은 육체와 분리되어 행해지는 이동입니다.

(적어도 지금까지는요.)

이제 좀 말이 되는 것 같은데, 물체와 분리된다는 부분이 애매합니다. 아마도 아래를 보시면 그 뜻이 이해가 가실 겁니다.

이 정의를 사용하면 우리 일상에서 순간이동의 예시를 심심치 않게 찾아볼 수 있습니다.

• 전화기: 전기에 의한 소리의 순간이동.
• 팩스: 이미지의 순간이동.
• 범세계 통신망: ...

그런데 이들을 순간이동이라고 볼 수 있을까요? 사실 이들은 복제 과정에 가깝습니다. 이 수단들은 소리와 이미지를 포함한 기타의 것들을 물체와 분리된 방법으로 다른 공간에 복제하는 것뿐이죠. 그런데 이 설명이 납득이 가시나요? 우리가 즐겨 시청하는 티브이 프로그램에는 복제의 흔적이 없는걸요. 사실 이게 이 기기들의 작동 방식입니다. 이 기기들은 특정한 사람의 위치·속도·원자의 종류를 측정하는 장치가 있으며, 무선 전파와 같은 정보를 이용해 또 다른 장치가 육체를 재현해낼 수 있는 공간으로 전달합니다. 뭐, 티브이에서 보면 정보를 수신하는 장치 없이 사람 자체를 재창조하지만요 (한 번에 하나만 해요!)

그렇다면 원본은 어떻게 되는 걸까요? 원자를 측정하는 장치가 사람 자체를 조각낼 수는 없는 법이니까요. 그런 경우라면 이 장치는 원본을 증발시킬 정도로 뜨거운 섬광 등을 가진 복사기와 비슷하겠네요. 하지만 꼭 그래야만 한다는 법은 없습니다. 누군가가 과격하지 않은 복사기를 개발하면 원본을 보존할 수 있을 테니까요. 하지만 원본을 보존하는 게 꼭 좋은 걸까요? 영혼을 복제할 수 있을까요? 복제본이 살아있는 원본에 대한 대가를 치러야 할까요? 아직도 생각해보아야 할 질문이 많습니다.

물론, 이게 가능하다면 “실험 종교”라는 연구 분야가 생겨날 수도 있겠군요. 그건 아무도 모르는 법이죠.

정보의 크기는 어떨까요? 미국 국립보건원이 수행한 이 적나라한 인간 프로젝트는 삼차원 인간의 육체를 모든 방향으로 1밀리미터까지 표현하기 위해서는 적어도 10기가바이트가 필요함을 명시하고 있습니다. 10기가바이트는 10^11 = 100,000,000,000 비트, 즉 예/아니오의 이진법적 구분, 또는 10개의 시디롬과 맞먹습니다. 원자와 속도 문제를 잠시 제쳐두고, 각 방향으로 한 원자의 길이만 생각한다고 해도 10^32 비트, 즉 숫자 1 뒤에 32개의 0과 맞먹는 법이죠. 역대 최고의 광섬유로도 이 정보를 전달하는 데는 일억 세기가 걸립니다. 차라리 걷는 게 더 쉽겠네요! 만약 이 많은 정보를 시디롬에 저장한다면, 각 변의 길이가 1000 킬로미터에 달하는 정육면체를 꽉 채울 정도입니다. 이해가 되시나요?

이 쯤 되면 “불확정성 원리는요? 정확한 측정이 가능하긴 하나요?”라고 질문하실 텐데요. 뭐, 양자 역학은 입자의 위치와 속도를 측정하는 것의 정확도는 다음과 같은 간단한 공식에 의해 결정된다고 말합니다.

                            속도의 불확정성

위치의 불확정성 x -------------------------

                             빛의 속도

                    수소 원자 반경의 백만 분의 일

               > ------------------------------------------------

                    입자 질량 / 수소 질량

만약 평균적인 원자 크기 내에서 각 원자를 측정한다고 하면, 그 속도는 일 초의 300미터 정도의 오차가 있음을 의미합니다 (만약 입자가 수소와 무게가 비슷하다면요).

이 오차는 들리는 것보다 사실 그렇게 나쁘지 않습니다. 실내 온도에서 우리의 움직임에 의한 원자의 떨림은 이보다 평균 최소 세 배 이상 큽니다. 다시 말해, 불확정성의 원리는 원자 수준의 측정에 큰 제한을 두고 있지 않습니다.

하지만, 이게 전부는 아니지요. 이 원자의 양자 상태는 어떨까요? 여기서 양자가 존재하는 에너지 차원이 중요할까요? 사람을 만들기 위해 원자를 모았다고 했을 때, 이 정보가 화학 반응을 발생시키기 위해 필요한가요? 제 생각은 그렇지 않습니다. 제가 대화를 나눈 다른 과학자들도 그렇게 생각하지 않고요. 그렇다고 해서 제 생각이 정답이라는 것은 아닙니다. 제가 사람을 복제하거나 제한적인 정보로 사람을 만들려고 할 때 세부적인 양자 상태가 크게 중요하지 않다고 생각하는 이유는 사람들이 종종 병원에 가서 핵자기 공명 (NMR) 및 전자스핀 공명 (ESR)로 몸속을 들여다보는 것과 관련이 있습니다. 이러한 장치는 스캔이 되는 사람의 원자와 원자핵이 공존하는 양자상태를 흩트려 놓지만, 이것이 사람들의 식욕을 바꾸진 않으니까요 (적어도 제가 정의하는 사람은 식욕이 있는 존재입니다). 이러한 원자와 분자의 양자적 본질을 생각하면 복제를 통한 순간이동이 아주 불가능한 것 같진 않습니다.

어찌됐든 사람을 복제하기 위해 처리해야 할 정보의 양이 엄청난 건 사실입니다! 아마도 좀 더 작은 것으로 시작해야 할 수도 있겠네요….