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시뮬레이션 우주

스스로 계산하는 가장 거대한 양자컴퓨터

[ 양장 ]

박권 저 | 동아시아 | 2026년 08월 07일 첫번째 리뷰어가 되어주세요. | 판매지수 2,178 판매지수란?

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품목정보

품목정보
발행일	2026년 08월 07일
판형	양장 도서 제본방식 안내
쪽수, 무게, 크기	384쪽 \| 722g \| 14521525mm
ISBN13	9788962627244

이 상품의 태그

#컴퓨터과학명강의 #물리학추천도서 #우주를더알고싶어 #크레마클럽에있어요

시뮬레이션 우주

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책소개

MD 한마디: 세상은 어쩌면 거대한 계산 중

우리의 우주가 일련의 정보 시스템이라면? 이론물리학자 박권이 질문에 답할 과학적 사실을 전한다. 거대한 컴퓨터로 진화하는 우주와, 그 속에서 끊임없이 질문하는 인간의 존재 의미를 풀어낸 책. 과학소설과 영화를 곁들인 흥미로운 탐색.

2026.08.14. 자연과학 PD 이주은

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. “우리가 던진 하나의 돌은 자연의 법칙대로 정해진 궤적을 따라 움직인다고 대개 생각하지만, 그 돌이 자신의 궤적을 계산하면서 간다고 볼 수도 있다. 『시뮬레이션 우주』는 이러한 관점의 전환을 우리에게 권유하면서, 소설과 영화 이야기를 바탕으로 과학혁명 시대의 물리학부터 현재의 인공 신경망과 양자컴퓨터까지 아주 생생하게 설명해 주며 어려운 수학과 물리학, 정보 이론에 담겨 있는 철학적, 문화적 함의까지 깊이 생각하게 해 준다.” -장하석, 케임브리지대학교 과학사 및 과학철학 석좌교수 · 『온도계의 철학』 저자

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저자 소개 (1명)

저 : 박권

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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 ... 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.

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책 속으로

·인간도 하나의 컴퓨터다. 인간의 뇌는 뉴런(neuron)과 시냅스(synapse)를 따라 전달되는 전기 신호로 작동하는 컴퓨터다. 놀라운 것은 인간의 두뇌가 우주의 복잡한 진화 과정을 거쳐 자발적으로 만들어진 컴퓨터라는 점이다. 우주는 단순히 컴퓨터의 부품만을 제공한 것이 아니라, 그 부품들을 조합해 컴퓨터를 만들 수 있는 컴퓨터를 만든 것이다. ---pp.13-14 ·정리하면, 카오스 현상과 양자역학으로 인해 미래의 모든 것을 정확히 예측하는 것은 불가능하다. 라플라스의 악마는 실제로 존재하지 않으며, 우주에는 우리가 전혀 예측할 수 없는 일이 일어난다. 이렇게 예측 불가능한 일이 일어난다는 사실은 우리에게 매우 중요하다. 우리를 비롯한 우주가 단순히 정해진 대로만 움직이는 기계가 아니라는 말이기 때문이다. 예측할 수 없는 일은 크고 작은 놀라움을 불러일으킨다. 이런 놀라움의 정도에는 아주 특별한 이름이 붙어 있는데, 그 이름은 다름 아닌 ‘정보’다. ---p.58 ·여기서 섀넌은 궁금했다. 정보의 양은 전화 혹은 전신과 같은 구체적인 통신 수단에 의해 결정되는 것일까? 아니면 통신 수단에 의존하지 않고도 근본적으로 정의할 수 있을까? 결론부터 말하면, 정보는 에너지와 같은 근본적인 물리량이다. 조금 더 구체적으로 말하면, 섀넌은 정보가 엔트로피와 연결된다는 사실을 보임으로써 그 유명한 ‘정보 엔트로피(information entropy)’라는 개념을 만들어 냈다. 정보 엔트로피의 핵심은 다음과 같다. 어떤 기호 체계가 가지는 정보의 양은 그 체계를 표현하는 최소한의 비트 수와 같다. ---pp.74-75 ·원주율이나 오일러 수처럼, 우주에서 보편적으로 발견되는 수나 패턴, 우주 깊숙이 숨어 있는 구조가 또 있을까? 자, 이제 우리에게 남은 과제는 원주율과 오일러 수처럼 우주에 숨어 있는 이러한 수, 패턴, 구조를 능력이 닿는 데까지 최대한 정확히 계산해 내는 것이다. 하지만 인간의 계산 능력은 생각보다 제한적이다. 다행히, 우주는 인간에게 계산 능력을 확장할 줄 수 있는 선물을 주었다. 컴퓨터다. 인간은 컴퓨터를 이용해 우주에 담긴 깊은 메시지를 점점 더 정확히 계산하고 있다. 그리고 여기 재미있는 사실이 숨어 있다. 우주는 정의상 우주에 존재하는 모든 것을 포함한다. 그렇게 생각하면, 우주는 우주 안에 존재하는 인간이 우주 안에 존재하는 컴퓨터를 이용해 자기 자신을 이해하는 하나의 거대한 병렬 컴퓨터인 것이다. 그래서일까? 마치 원주율처럼, 컴퓨터 역시 우주의 모든 곳에 있다. ---pp.129-130 ·사실 물을 이용해 논리부정, 논리합, 논리곱, 배타적 논리합을 구현하면, 덧셈뿐 아니라 원칙적으로 임의의 계산을 수행할 수 있는 보편 컴퓨터(universal computer)를 만들 수 있다. 앞서 우리는 물을 이용해 논리합, 논리곱, 배타적 논리합을 구현했다. 이제 논리부정만 구현하면, 우리는 보편 계산기를 만들 수 있다. (…) 정리하면, 우리는 임의의 계산을 수행하는 데 필요한 모든 논리 연산을 물로 구현할 수 있다. 그러므로 우리는 정말 물로 작동하는 두뇌를 만들 수 있다! ---pp.164-165 ·여기서 이제 앞서 이야기한 아주 놀라운 복선이 그 모습을 드러난다. ‘단일 소재 집적 회로’에서 ‘단일 소재’는 영어로 ‘monolith’, 즉 ‘모놀리스’다. 앞서 말했듯이, 모놀리스는 한 덩어리의 돌이다. 즉, 우리가 쓰는 모든 컴퓨터는 실리콘이라고 불리는 한 덩어리의 돌에서 만들어진다. 구체적으로, 실리콘이라는 한 덩어리의 돌은 아주 얇은 두께의 원반으로 만들어진다. 이 원반의 이름이 바로 ‘실리콘 웨이퍼(wafer)’다. 이 실리콘 웨이퍼는 다시 아주 작게 잘려 반도체 칩이 된다. 그리고 이 반도체 칩 위에 수많은 집적 회로가 아주 가느다란 전선으로 새겨진다. 반도체 소자에 쓰이는 실리콘은 자연적으로는 결코 얻어질 수 없는 완벽한 물질이다. (…) 〈2001: 스페이스 오디세이〉에서 자연적으로 결코 얻어질 수 없는 완벽히 매끄러운 검은 돌기둥, 모놀리스는 인류의 문명을 촉발한 기폭제이자, 인류의 과학기술이 중요한 임계점에 도달하는 것을 감지하는 파수병이자, 인류를 진화의 다음 단계로 인도하는 안내자였다. ---pp.213-214 ·뉴런과 뉴런의 연결은 전문적으로 ‘커넥톰(connectome)’이라고 하는데, 커넥톰을 완전히 파악했다는 것은 원칙적으로 그것에 지배받는 생물의 행동을 완전히 예측할 수 있다는 것을 뜻한다. 실제로 예쁜꼬마선충의 커넥톰을 디지털화해 컴퓨터에 입력하면, 가상의 예쁜꼬마선충을 만들 수 있다. 그리고 〈매트릭스〉에서 인간들이 그랬던 것처럼, 이렇게 만들어진 가상의 예쁜꼬마선충은 컴퓨터 시뮬레이션 안에서 마치 진짜 예쁜꼬마선충처럼 행동한다. 심지어 가상의 예쁜꼬마선충을 로봇의 CPU에 입력함으로써 실제 예쁜꼬마선충의 행동을 흉내 내는 로봇 예쁜꼬마선충을 만들 수도 있다. 자, 그러면 인간의 커넥톰을 완전히 파악하면 〈매트릭스〉도 구현할 수 있지 않을까? ---p.244 ·알고리즘이란 입력을 출력으로 변환하는 유한한 단계의 절차로서, 일반적으로 컴퓨터로 수행된다. 그런데 현대 컴퓨터는 영국의 수학자이자 논리학자인 앨런 튜링(Alan Turing)이 고안한 가상의 기계, 즉 튜링 기계(Turing machine)를 물리적으로 구현한 것으로서, 어떤 알고리즘으로 수행할 수 있는 계산은 모두 튜링 기계로도 수행할 수 있다. 달리 말해, 어떤 문장이 참인지 거짓인지 올바르게 결정할 수 있는 알고리즘이 있다면, 튜링 기계로도 그 문장이 참인지 거짓인지 올바르게 결정할 수 있다. 그러면 어떤 문장이 주어지면, 언제나 튜링 기계로 유한한 단계의 절차를 끝마치고 참인지 거짓인지 올바르게 결정할 수 있을까? 이는 ‘정지 문제(halting problem)’라는 이름으로 알려진 물음인데, 그 답은 튜링 자신에 의해 이미 증명되었다. 원칙적으로 불가능하다. 다시 말해, 튜링 기계로는 결코 참인지 거짓인지 결정할 수 없는 문장이 존재한다. 그 문장이 참도 아니고 거짓도 아니기 때문이 아니라, 그 문장이 참이거나 거짓이지만 결정할 수 없다는 것이다. (…) 펜로즈가 그의 책 제목을 ‘황제의 새 마음’이라고 지은 이유는 인공지능이 실제로는 ‘마음’이라고 부를 만한 실체를 가지고 있지 않다고 생각했기 때문이다. 펜로즈에 따르면, 디지털 전자 컴퓨터에 기반한 인공지능은 결코 진정한 의미에서 생각할 수 없다. 인공지능이 진정으로 생각하려면 결정론적 알고리즘을 초월하는 다른 무엇이 필요하다는 것이다. 그것이 무엇일까? 바로 양자역학이다. 펜로즈는 인간이 양자역학적 원리에 의해 작동하는 컴퓨터, 즉 양자컴퓨터라고 말한다. ---pp.268-270 ·1981년 5월 7일, 물리학자 리처드 파인먼은 미국 MIT에서 개최된 “계산의 물리학(Physics of Computation)”이라는 학회에서 “컴퓨터로 물리 시뮬레이션하기(Simulating Physics with Computers)”라는 제목으로 기조 강연을 하며 다음과 같이 말했다. “자연은 고전적이지 않습니다, 젠장. 여러분이 자연을 시뮬레이션하고자 한다면 양자역학으로 해야 합니다.” 자연을 제대로 시뮬레이션하려면 자연의 근본적인 작동 원리인 양자역학을 이용해야 한다고 주장한 것이다. 이는 단순히 자연을 시뮬레이션하는 프로그램 안에 양자역학적 원리를 도입해야 한다는 것이 아니라, 자연을 시뮬레이션하는 프로그램이 돌아가는 컴퓨터 자체가 양자역학적 알고리즘으로 작동해야 한다는 뜻이다. 양자역학적 알고리즘으로 작동하는 컴퓨터가 다름 아닌 양자컴퓨터다. 파인먼의 이 강연은 양자컴퓨터라는 개념을 본격적으로 제시한 기념비적인 강연으로 여겨지고 있다. (참고로, 물리학자 폴 베니오프(Paul Benioff)는 1980년에 튜링 기계를 양자역학적으로 확장하는 개념을 담은 논문을 발표한 바 있다.) 그러면 양자컴퓨터란 구체적으로 무엇인가? 간단히 말해, 양자컴퓨터란 디지털 전자 컴퓨터에서 쓰이는 비트 대신 양자역학적 비트(quantum bit), 즉 큐비트(qubit)를 이용해 정보를 저장하고 처리하는 컴퓨터다. 음, 감이 잘 잡히지 않기에 조금 더 자세히 알아보자.

---pp.321-323

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출판사 리뷰

도대체 정보란 무엇인가? 무엇이든 컴퓨터가 될 수 있는가? 진화론과 같은 물리 법칙은 알고리즘인가? 임의의 계산을 처리하는 보편 컴퓨터란 무엇인가? 지능은 왜 물, 진공관, 반도체로 구현하는 것도 가능한가? 원자, DNA, 신경세포, 블랙홀, … 정보와 계산은 왜 보편적인가? 우리 우주는 어떤 거대한 컴퓨터에서 돌아가는 시뮬레이션에 불과한가? “양자역학에 대한 최고의 설명서” 『일어날 일은 일어난다』 저자, ‘영화 평론하는 물리학자’ 고등과학원 박권 교수가 전하는 현대 과학의 새로운 패러다임 “정보는 가장 근본적인 단위로서, 물질보다 근본적이다. 인간뿐 아니라 우주는 일종의 정보 시스템이다.” -데미스 허사비스, 2024년 노벨 화학상 수상자 · 구글 딥마인드 창업자 2003년, 영국 옥스퍼드대학교 철학 교수인 닉 보스트롬은 눈에 띄는 제목의 논문 한 편을 발표한다. 「당신은 컴퓨터 시뮬레이션 안에 살고 있는가?」 여기서 보스트롬은 당연해 보이는 몇 가지 가정에 근거해 우리가 미래 인류가 돌리는 시뮬레이션 안에서 살아가는 가상 인류일 가능성이 매우 높다고 주장한다. 요컨대 우리 우주가 컴퓨터 시뮬레이션이라는 말이다. 하지만 저자는 원칙적으로 반증할 수 없는 이러한 비과학적 주장에 답하는 대신 “모든 것은 정보로부터 나온다”라는 존 아치볼드 휠러의 말을 ‘모든 물리적 대상의 바탕에는 정보가 있다’는 뜻으로 해석하고, 이를 지지하는 세 가지 과학적 사실을 폭넓게 다룬다. 첫째, 우주 자체가 정보 시스템이다. 1장 「지구라고 불리는 컴퓨터」와 2장 「놀라움의 부재, 놀라움의 정도」에서 자세히 다루듯이, 원자, 생명, 시간 등에 담긴 물리적 속성은 정보로, 그리고 물리적 속성의 변화는 논리부정, 논리합, 논리곱과 같은 기본적인 논리 연산자의 계산으로 표현할 수 있다. 이러한 관점에서 물리 법칙은 특정한 알고리즘으로서, 자연 현상은 알고리즘에 따른 정보의 계산 과정과 다르지 않다. 둘째, 무엇이든 컴퓨터로 만들 수 있다. 4장 「모든 곳에 있는 만능 기계」와 5장 「모래로 지은 골렘」에서 보이듯이, 진공관이나 반도체, 심지어 물이나 공기조차 무언가를 계산하는 컴퓨터로 쓰일 수 있을 뿐만 아니라, 컴퓨터가 수행할 수 있는 계산이라면 어떤 계산이든 가능한 보편 컴퓨터로서 작동할 수 있다. 셋째, 지능은 계산 과정이다. 어떤 물리계든 임의의 계산을 수행하는 컴퓨터로 작동할 수 있고 우리의 정신적 과정이 단지 뉴런과 시냅스의 상호작용에 따라 발현되는 속성이라면, 6장 「인공지능은 전기양의 꿈을 꾸는가」에서 소개하는 인공 신경망으로도 원칙적으로 지능을 비롯한 인간의 마음을 구현할 수 있다. “신경계의 논리적 구조는 디지털 계산 장치의 구조와 근본적으로 동일하다.” -존 폰 노이만, 수학자 · 수리경제학자 · 컴퓨터과학자 “우주는 스무고개를 한다.” 스스로를 이해하는 과정에서 자기 자신을 만들어 가는 우주, 끊임없이 질문하는 인간의 역할 “우주는 양자컴퓨터다. 무엇을 계산하는가? 바로 자기 자신이다.” -세스 로이드, MIT 이론물리학자 · 컴퓨터과학자 잘 알려지지 않았지만, “모든 것은 정보로부터 나온다”라는 말에는 휠러 자신이 제안한 더욱 급진적인 해석이 있다. 바로 우주가 ‘음의 스무고개(negative twenty questions)’를 한다는 것이다. 보통의 스무고개와 달리, 음의 스무고개에서는 20개의 질문에 답하는 답변자조차 정답이 무엇인지 모른다. 답변자는 단지 질문자의 물음에 ‘예/아니요’로 답하며 이전의 모든 대답과 일관된 어떤 것의 정체를 그때그때 생각해 낼 뿐인데, 이렇게 질문자와 답변자가 서로 질문과 답을 주고받다 보면 처음에는 정해지지 않은 어떤 답이 점차 그 모습을 드러낸다. 그렇다면 휠러는 왜 우주가 거대한 음의 스무고개를 한다고 생각했을까? 우리 우주는 양자역학을 따른다. 그런데 양자역학에서는 물질의 상태가 어느 하나로 고정되어 있지 않다. 우주가 어떤 상태를 가질지는 오직 측정을 통해 결정된다. (심지어 무엇을 측정하는지에 따라, 다시 말해 우주에 어떤 질문을 던지는지에 따라 그 상태가 달라진다.) 측정은 파동 함수의 붕괴를 낳는데, 파동 함수의 붕괴로 어떤 측정값이 얻어질지는 미리 알 수 없다. 이는 오로지 확률에 따라 결정된다. 음의 스무고개에서 답변자에게 사전에 주어진 답이 없는 것과 마찬가지다. 파동 함수가 붕괴하고 어떤 측정값이 주어지면, 우주는 그 측정값과 일관된 상태로 진화한다. 무수히 반복되는 이러한 과정을 통해 우주는 서서히 자기 자신을 만들어 간다. 7장 「시뮬레이션 우주, 우주 시뮬레이션」과 8장 「마지막 질문」에서 저자는 양자역학과 양자컴퓨터에 관한 기초 지식을 정리하고, 측정을 매개로 인간과 상호작용하며 서서히 자기 자신을 만들어 가는 ‘참여 우주(participatory universe)’, 참여 우주의 논리적 귀결인 ‘강한 인류 원리(strong anthropic principle)’, 그리고 음의 스무고개의 질문자로서 자기 자신과 우주에 관해 끊임없이 물음을 던지는 인간의 역할에 관해 이야기한다. “『시뮬레이션 우주』는 우주가 거대한 컴퓨터라는 도전적 명제에서 출발해 정보물리학, 양자정보, 인공지능, 인간 존재에 관한 철학적 질문까지 촘촘히 엮는다. 영화와 과학소설의 인상적인 장면을 곁들여 자칫 난해한 논의를, 기본적인 수식과 저자가 그린 삽화와 함께 흥미롭게 풀어낸 탁월한 정보물리 입문서다.” -김필립, 하버드대학교 물리학과 교수

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