정보가 실재의 기초인가?
그렇지 않다. 그렇지만 정보는 중요한 구성 요소일 것이다. 아무 정보도 없이 한 주를 보내려고 한다고 상상하자. 아무 책도, 아무 방송도, 아무 오락도 아무 뉴스도 없다. 글로든, 말로든, 보는 것이든, 그저 만지는 것이든 간에, 다른 사람과 아무 소통도 없다. 그것은 축소된 종류의 실존일 것이다. 그런 이유 때문에 장기적인 독방 감금은 매우 끔찍한 형벌이다. 정보는 인간의 일상 생활에 필수적인 역할을 수행한다. 그런데 어느 정도까지 정보는 실재의 기초인가?
소통의 중요성은 그것에 포함된 정보량으로 측정될 수 없다. "차를 주셔서 감사합니다"라고 말하는 것과 "저와 결혼해 주시겠습니까?"라고 말하는 것은 같은 낱말 수로 이루어지지만, 그것들은 대단히 다른 결과를 낳을 것이다. 1775년 4월 18일에 로버트 뉴먼(Robert Newman)과 그의 친구 존 풀링(John Pulling) 선장은 두 개의 등불을 들고 메사추세츠 보스턴에 소재한 노스 처치의 첨탑에 올라갔다. 이것은 "육지로 쳐들어 올 때는 등불 하나, 바다로 쳐들어 올 때는 등불 둘"로 암호화된 일 비트의 메시지였다. 그 등불들은 일 분도 채 되지 않는 동안 비춰졌지만, 이것은 찰스턴의 애국자들에게 영국군의 움직임에 관한 정보를 제공하기에 충분했다. 전령이 렉싱턴에 급파되었지만, 그는 결코 도착하지 못했으며 그의 이름은 잊혀졌다. 롱펠로우(Longfellow)의 시 <폴 리비어의 질주(Paul Revere's Ride)>에서 불멸하게 되었듯이, 그 메시지는 다른 사람들에 의해 전파되었다. 단 일 비트의 정보가 결정적 의미를 지녔다.
산업혁명에 있어서 에너지에 관한 개념들이 기관들을 제조하고 최적화하는 데 중요했다. 그 당시에 큰 의문 하나는 다음과 같았을 것이다. "에너지가 실재의 기초인가?" 에너지에 대한 이해와 더불어 분자들의 운동의 견지에 입각한 기체들의 거동에 대한 설명이 제시되었다. 원칙적으로, 어떤 순간에 각 분자의 위치와 운동량을 안다면, 그 이후의 어느 시점에서든지 그 기체의 거동을 예측할 수 있을 것이다. 그런데 분자들의 수가 매우 크다(표준 온도와 압력에서 22.4리터마다 6×10^23개). 고등한 컴퓨터를 사용하더라도 그것들 모두의 궤적을 추적하는 것은 사실상 불가능할 것이다. 그 대신에 과학자들은 기체들의 거동을 서술하기 위해 통계적 개념들을 사용했다. 이런 방법들의 성공은 현대적인 현미경학의 방법으로 그것들을 볼 수 있기 오래 전에 분자들의 실재성에 대한 회의주의자들을 납득시켰다. 통계역학에서 엔트로피라는 열역학적 개념이 정보와 밀접하게 관련되어 있다.
십구 세기의 기술적 진보가 기계적 기관들에 의해 추동되었다면, 이십 세기의 기술적 진보는 통신과 계산에 의해 추동되었다. 1948년에 클로드 섀넌(Claude Shannon)은 <<통신의 수학적 이론(A Mathematical Theory of Communication)>>을 출판했다. 그는 어떤 불확실한 사건을 규정하는 데 얼마나 많은 비트가 필요한지 진술하는 소스 코딩의 정리와 무작위적인 노이즈가 존재할 때에도 얼마나 믿음직한 통신이 가능한지 보여주는 채널 코딩의 정리를 공식으로 나타내었다. 이런 서술은 메시지의 의미에 의존하지 않는다. 그런데 그것은 통신에 수학적 엄밀성을 부여하며 정보기술 체계들을 설계하는 모든 전기공학자에 의해 사용된다. 그 방정식들이 통계역학의 방정식들과 유사했기 때문에 엔트로피 같은 열역학의 용어들이 정보공학의 어휘에 편입되었다.
한편으로 생물학자들은 하나의 개념으로서의 정보의 가치를 발견하고 있었다. 정보는 빠르게 발전하고 있는 생명과학의 몇몇 연구 영역들에서 진화보다 훨씬 더 중요해졌을지도 모른다. DNA를 생각하자. 크릭(Crick)과 왓슨(Watson)이 DNA의 구조를 결정했을 때 그들은 지역 선술집에서 자신들이 생명의 비밀을 발견했다고 공표했는데, 나중에 제임스 왓슨이 이것은 너무나 강한 주장이었을 것이라고 회고했지만 말이다. 그들의 연구는 살아있는 유기체들이 유전 정보를 암호와하고 전달하는 메커니즘을 밝혔다. 그 어떤 생물학자도 DNA가 자기충족적인 일단의 명령들을 제공한다고 주장하지는 않을 것이다. 살아있는 체계들의 성장은 그것보다 훨씬 더 미묘하다. 후생유전학은 암호화된 정보와 환경 사이의 중대한 상호작용과 정보 관리가 생물학적 조직을 생성하는 데 어떻게 중요한 역할을 수행하는지를 연구한다.
고전 정보는 비트로 온다. 이것이 여러분이 이 에세이를 읽고 있을 매체인 컴퓨터가 작동하는 방식이다. 2012년은 보편 계산 기계라는 개념을 창안했던 앨런 튜링(Alan Turing)의 탄생 100주년을 기념한다. 1985년에 데이비드 도이치(David Deutsch)는 양자 계산을 위한 선언이 된 글 속에 튜링 기계에 관한 분석을 발표했다. 양자 컴퓨터들은 고전 컴퓨터들과 근본적으로 다를 것이다. 고전 비트들은 각각 0 아니면 1인 반면에, 중첩 덕분에 양자 비트들은 동시에 0과 1 둘 다일 수 있는데, 이것이 CMOS 논리 회로에서는 불가능할 계산 연산들을 가능하게 한다. 얽힘은 이것을 확장하여 두 개의 양자 비트들이 고전적 직관의 견지에서는 설명할 수 없을 만큼 상관될 수 있게 하는데, 이것이 양자 계산에 어떤 응용들에 대한 엄청난 능력을 부여한다. 실험실 규모의 양자 컴퓨터들에서 두드러진 진보가 이루어지고 있다. 많은 핵심 구성 요소들이 광학적 회로들, 진공 속에 갇힌 이온들, 초전도 회로들, 그리고 갈륨 비소, 실리콘, 분자 및 다이아몬드 속의 전자 스핀과 핵스핀들에서 예증되었다.
양자 기술의 두드러진 발전과 더불어 양자 정보는 실재의 본성에 관해 참신한 의문들을 제기했다. 십구 세기에 과학은 그 어떤 관찰에도 무관하게 저곳에 객관적으로 존재하는 실재를 서술하는 듯 보였다. 양자역학은 이것을 전적으로 의문시하게 만들었다. 초기부터 양자 상태가 사실의 상태인지 지식의 상태인지는 미결 문제였다. 알베르트 아인슈타인은 과학이 실제로 맞는 것을 서술하기를 바랬고, 그래서 양자역학이 불완전한 듯 보이는 것에 실망했다. 닐스 보어는 과학이란 실험과 그것의 개연적인 결과에 관해 우리가 말할 수 있는 것에 한정된다고 주장했다. 데이비드 도이치가 보편 양자 컴퓨터에 관한 획기적인 논문을 발표했던 바로 그 해인 1985년에 토니 레게트(Tony Leggett)와 아누펌 가그(Anupam Garg)는 실험가로 하여금 어떤 실험이 그들이 신중하게 정의했던 고전적 거시실재에 정합적인지 여부를 결정할 수 있게 할 시험을 발표했다. 그들의 동기 중 일부는 원자에 관한 양자 서술과 보통 크기의 일상적인 우리 삶에 대한 고전적 경험 사이의 명백한 비정합성을 다루는 것이었다. 이십오 년도 더 지난 후에, 그들의 시험을 시행하기 위한 방법론을 확립하고 원자 규모에서 어떤 한 종류의 실재론을 실험적으로 배제하는 실험들이 수행되었다. 관련된 실험들은, 그 효과는 탐지될 수 없을지라도 측정들이 양자 상태를 교란했음에 틀림없는 사례들을 보여주었다. 양자 상태에 관한 몇 가지 실재론적 해석들은 양자론과 정합적인 그 어떤 실험 결과에 의해서도 결코 배제될 수 없었고, 전적으로 통계적인 해석들은 지지받을 수 없다는 증거가 증가했다.
정보가 뇌에 의해 어떻게 처리되는지 설명하는 데 있어서 빠른 진보가 이루어지고 있고, 이것은 내 자신과 내 육체 사이의 관계에 대한 더 깊은 이해에 기여할 것이다. 내 경험과 기억에 중추적인 정보는 나의 정체성에 결정적으로 기여한다. 누구나 제기할 수 있는 가장 큰 의문들 가운데 하나는 내가 죽은 후에 무슨 일이 일어나는가이다. 대답들은 소멸에서 환생 또는 어떤 열반 같은 상태에 이르기까지 다양하다. 부활에 대한 증거를 확신하는 사람들에게 정보라는 개념은 자아가 어떻게 지속하는지에 대한 통찰을 제공할 것이다. 그것은 사후에 소멸하는 동일한 육체 속에 있지도 않을 것이고, 탈육화되지도 않을 것이다. 어떤 식으로 정보는 사후에 한 사람의 실재에 연속성을 부여할 것이다. 예상할 수 있는 미래에, 일반화 형식이 어떤 모습을 띨지 말하기는 너무 이르지만, 정보는 자연과학에서 이른바 에너지만큼 근본적인 개념이 될 것이다. 에너지 보존에 비견되는 정보 보존의 법칙은 없는데, 이런 이유 때문에 정보에 바탕을 둔 지적 설계 논변들이 먹히지 않는다. 그리고 정보와 질량을 관련시키는 방정식도 없다. 그러나 과학적 사유의 기본 범주로서의 정보는 발전을 위해 성숙한 듯 보이고, 마침 정보가 어떻게 실재의 본성의 한 구성 요소인지에 대한 새로운 통찰을 얻게 될 것이다. 실재가 합리적으로 이해되어야 하는 한, 정보의 흐름은 중대한 역할을 수행할 것이다. 그러나 정보가 어떻게 실재의 기초에 기여하는 지 말할 수 있기 전에 우리는 정보의 본성과 그것의 물리적 예화에 관해 훨씬 더 많이 알아야 될 필요가 있다.
이 에세이의 대부분은 정보에 관한 것이었다. 실재는 우리가 그것이 어떠할 것이라고 생각하는 것에 무관하게 세계가 존재하는 방식으로 꽤 일반적으로 이해된다. 양자론에 의해 제기되는 쟁점들은 당분간 제쳐놓더라도, 이 에세이는 실재의 핵심에 무엇이 있는가라는 의문을 미해결 상태로 둔다.
그것은 과학만의 의문인가, 아니면 다른 탐구 양식들도 필요한가?
그것은 개인의 선택의 문제인가, 아니면 모든 합리적인 인간들이 동의해야 하는가?
리처드 파인만(Richard Feynman)은 언젠가 자신이 미래의 세대에 단 하나의 문장만 전해줄 수 있다면, 그것은 만물은 원자들로 이루어져 있다는 문장일 것이라고 적었다. 우리가 실재에 관해 가장 위대한 통찰을 몇 마디 말로 전해주기를 원한다면, 그것은 무엇일 것인가?