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1. 개요
시뮬레이션 가설(Simulation hypothesis, 모의실험 가설)이란 우리가 살고 있는 이 우주가 사실 실재하는 세계가 아닌, 가상에서 구현된 거대한 시뮬레이션이라는 내용의 가설이다.일종의 관념론적 사유에서 시작되어 최근에는 그럴듯한 과학적 추측이 덧붙여지기 시작한 주장으로, 과학적 방법으로 검증할 수 없기에 변경지대의 과학이라고 볼 수 있다. 철학에서도 이러한 사색은 제1원인론, 즉 모든 것의 위에 있는 원인을 가리키는 것이라 사실상 검증할 방법이 없다고 보아야 하지만, 철학자 닉 보스트롬 등이 이른바 '모의실험 논증'을 시도하면서 주목받았다. 대중적으로는 기업가 일론 머스크가 이 주장에 지지를 표하면서 유명해졌다.[2]
2. 양상
관념론 또는 유아론에 대한 철학적 접근은 옛부터 동서양을 막론하고 시도된 바 있다. 장자의 호접지몽, 르네 데카르트의 데카르트의 악마 등 철학사에서 이와 비슷한 사고실험이 여럿 등장한다. 그러나 과학 실증론을 주장한 프랜시스 베이컨 이래 근대 자연과학은 철저하게 실재성에 입각한 관찰과 입증을 중요시하게 되었으며, 우주의 실재성 자체에 의문을 갖는 사유는 최근까지도 '과학이 충분히 발달하지 않았던 전근대의 세계관이 낳은 산물'로만 여겨졌다. 이 때문에 현대에 '세상이 가상 현실'이라는 주장이 다시 논의되기 시작하자 그 자체로 큰 화제가 되었다.오늘날 시뮬레이션 가설을 지지하는 사람들이 주로 내세우는 근거는 물질이 관측되기 전에는 확률로서 존재한다는 양자역학의 법칙이 컴퓨터 프로그램이 연산량을 최소화하기 위해 사용하는 최적화와 비슷하다는 것, 플랑크 길이, 플랑크 시간 등으로 보아 우주가 사실 연속적인 아날로그가 아닌 이산적인 최소 단위가 모여 구성된 디지털에 가까워 보인다는 것 등이 꼽힌다.[3]
브라이언 그린은 시뮬레이션 가설에 대해서도 진지하게 고민해볼 필요가 있다고 언급했으며, 만일 우주가 시뮬레이션이 맞다면 인류의 과학이 충분히 발달한 미래에 인류가 이 시뮬레이션의 메모리 한계로 인한 오차를 발견할 수 있을 것이라고 예견했다.[4] 오메가 포인트 이론 역시 이와 밀접한 관련이 있는 내용을 시사하고 있다.
3. 추측
3.1. 닉 보스트롬의 모의실험 논증
철학자 닉 보스트롬이 2003년 논문 ＜당신은 컴퓨터 시뮬레이션 속에 살고 있는가(Are You Living In a Computer Simulation?)＞#에서 제안한 논증이다. 2011년에 수학적인 문제점에 관한 일부 '패치'가 이루어졌다.다만 이러한 사유는 현실의 과학적 방법으로 연구될 수 없으므로, 모의실험 논증이 시뮬레이션 가설을 입증할 수는 없다. 하술하다시피 시뮬레이션 가설의 참은 어디까지나 한 가지 가능성으로 남을 뿐이다.
3.1.1. 전제
보스트롬이 언급하는 모의실험 논증의 전제는 크게 세 가지다.- 의식의 기저 독립성: 심리철학적 전제. 요컨대 우리 인간이 지니는 의식의 기저는 탄소로 이루어진 신경계이지만, 실리콘 기반의 컴퓨터 프로그램을 통해서도 의식을 재현하는 것이 불가능하리라는 법은 없다는 것이다.
- 인류 문명이 발달하다보면 언젠가는 컴퓨터로 의식을 재현해내는 것 또한 가능할 것이다: 물론 현재에는 당연히 불가능하지만 말이다.
- 보스트롬은 당대까지의 뇌과학에서 밝혀낸 것을 고려할 때, 최소 밀리초당 [math(10^{17})]회의 연산을 발휘할 수 있는 컴퓨팅 파워라면 인간의 뇌를 재현할 수 있으리라고 추측한다. 그러나 우주 전체를 재현 하려면 단순 계산만으로도 10122정도의 연산이 필요하며, 인간을 구현한다 해도 고지능자는 연산량이 더 많이 필요한 데다가 무엇보다도 사람은 사회생활을 하기에 사람 뇌에 입력되는 수많은 사람과 사회, 역사, 심지어는 기상현상, 지진 같은 지질활동 같은 것도 실험을 돌려야 하니 계산량이 미친듯이 오른다. 특히 현대 사회는 정보화, 세계화가 도래하면서 전세계 누구에게든 통신을 걸 수 있으니 가능한 1:1 인간관계 숫자만 추려도 무려 [math(_{80억}C_2=약3.2×10^{19})]로 위에서 제시한 수치를 훨씬 넘어선다.
- 애초에 컴퓨터로 의식을 구현한다는 의미는 우주 모의실험을 의미하는 게 아니라 컴퓨터가 의식, 영혼, 자아 등을 갖는 인격체가 된다는 것을 뜻한다. [5]
- 밍밍한(bland) 무차별 원칙: 인류 원리의 일종. 보스트롬 본인은 보다 강한 입장을 띠지만, 적어도 현 논증에서는 다음 사례를 받아들이는 것만으로도 충분하다고 본다.
현 인류 가운데 x%는 S라는 특정한 DNA 패턴을 띠고 있다고 가정하라. 이때 S는 일종의 '덤'인 DNA여서 그 어떤 방식으로도 사람의 외양 등에 발현되는 것이 확인되지 않았다.
당신은 이제껏 DNA 검사를 받아본 적이 없다. 그렇다면 당신이 내릴 수 있는 합리적인 추론은 "나는 S라는 DNA 패턴을 띠고 있다"라는 가설에 x%의 신뢰도(credence)를 부여하는 것이다.
당신은 이제껏 DNA 검사를 받아본 적이 없다. 그렇다면 당신이 내릴 수 있는 합리적인 추론은 "나는 S라는 DNA 패턴을 띠고 있다"라는 가설에 x%의 신뢰도(credence)를 부여하는 것이다.
3.1.2. 결론
이들 세 전제를 받아들일 경우, 적어도 아래 세 가지 명제 중 하나는 참이어야 한다는 것이 모의실험 논증의 결론이다.- 인류는 지극히 높은 확률로 의식을 재현해내는 수준의 기술력에 미치지 못하고 멸망할 것이다.
- 설령 그런 기술력을 지닌다 한들, 의식을 재현해내는 대규모의 시뮬레이션을 진행할 확률은 지극히 희박할 것이다.
- 모의실험 가설은 지극히 높은 확률로 참이다.
보스트롬 자신은 마지막 가능성인 "모의실험 가설은 참이다"가 옳을 확률은 20% 정도일 거라 언급하면서도, 이는 어디까지나 지극히 개인적인 의견임을 분명히 한다. 이는 현실에서는 증명될 수 없는 내용이기 때문이다. 이외에도 보스트롬은 "이게 데카르트의 악마나 통 속의 뇌랑 뭐가 다르냐?", "이거 반증 불가능한 거 아니냐?", "이거 유신론이 맞다는 얘기냐?" 등등 여러 질문에 대한 FAQ를 직접 본인의 사이트에 게재했다.
보스트롬은 또한 다음과 같이 자신의 모의실험 논증에 대한 사람들의 감상평을 꼽아 인용하기도 했다.
모의실험 논증은 창조자의 존재를 옹호하는 논증으로는 2000년만에 처음으로 나온 흥미로운 사례라 할만할 것이다.[6]
데이빗 피어스 (보스트롬 曰: "과장된 칭찬임(exaggerated compliment)")
데이빗 피어스 (보스트롬 曰: "과장된 칭찬임(exaggerated compliment)")
감사합니다, 보스트롬 박사님! 제가 방문하는 정신과 의사 선생님이 완전 틀렸다는 걸 증명해 주셨군요![7]
익명의 제보자 (보스트롬 曰: "엇나간(잘못된) 칭찬임(misfiring compliment)")
익명의 제보자 (보스트롬 曰: "엇나간(잘못된) 칭찬임(misfiring compliment)")
3.2. 유사 논의
- 우주는 지나치게 광대하며 또한 커지고 있으므로, 컴퓨터 또한 이 우주 안에 있는 한 우주를 통째로 모의실험할 수 있는 컴퓨터를 만드는 것은 불가능하다.
- 모의실험 논증을 지탱하는 데 '우주를 통째로 모의실험'하는 것은 하등 필요하지 않다. 그 모의적 의식의 '주변'만 구현하면 되기 때문이다. 닉 보스트롬은 논문에서 다음과 같이 명시한다.Simulating the entire universe down to the quantum level is obviously infeasible, unless radically new physics is discovered. But in order to get a realistic simulation of human experience, much less is needed – only whatever is required to ensure that the simulated humans, interacting in normal human ways with their simulated environment, don’t notice any irregularities. The microscopic structure of the inside of the Earth can be safely omitted. Distant astronomical objects can have highly compressed representations: verisimilitude need extend to the narrow band of properties that we can observe from our planet or solar system spacecraft. On the surface of Earth, macroscopic objects in inhabited areas may need to be continuously simulated, but microscopic phenomena could likely be filled in ad hoc.새로운 물리학이라도 발견되지 않는 한 양자 레벨로 우주의 모의실험을 하는 건 확실히 불가능에 가깝다. 하지만 사람의 경험을 흉내 내는 거라면 모의실험 당하는 사람이 모의실험되는 환경과 상호작용할 때 아무런 이상을 느끼지 않게만 하면 된다. 지구 내부의 미시적 구조는 문제없이 생략할 수 있다. 먼 천체라면 압축적인 표현방식을 쓸 수 있다. 비슷해야 하는 건 우리 행성이나 태양계 내 우주선에서 관측 가능한 성질들뿐이다. 지표면에 있는 일상속의 거시적 물체들은 계속해서 모의실험되어야 하겠지만 미시적 현상들은 필요에 따라 구현되어도 될 것이다.닉 보스트롬 (2003) "Are You Living In a Computer Simulation?"
문제는 엄격한 수학적 논리 위에 세워진 물리현상을 이런 미봉책으로 건성건성 때우다시피 할 경우 진작에 과학자들에게 모조리 들통났을 것인데다 애초에 인간을 미봉책으로 구현하면 사회생활이나 경제는 동작하지 않는다는 점이다. 물리학자 미치오 카쿠는 날씨를 예측하는 문제를 예로 들어서 컴퓨터 성능의 한계로 그러한 모의실험은 불가능하다고 주장한다. - 양자역학의 관점에서 봤을 때 우리가 '보는' 부분만 파동함수가 붕괴하며 이는 시야에 들어오는 것만 계산하는 게임 속 시뮬레이션 방식과 유사하기 때문에 다중우주의 근거가 된다.
- '우리가 보는' 것 때문이 아니라 주변 환경과 상호작용하여 파동함수가 붕괴하는 것이다. 즉, 현실의 파동함수 붕괴방식은 일반적인 게임 속 시뮬레이션 방식과 차이가 있다. 물론 우리가 본다는 행위가 파동함수의 붕괴를 유발시키는 건 맞지만 여기서 중요한 건 '본다'라는 행위가 기본적으로 빛 입자와의 상호작용이라는 부분이다. 그렇기 때문에 파동함수의 붕괴를 일으키는 건 인간의 의식 혹은 인식이라기보다는 입자 간의 상호작용 때문이라고 보는 게 맞다.
- 2021년 5월에 arxiv에 인간의 의식이 파동함수의 붕괴에 개입할 가능성이 있다는 논문이 올라왔다. Chalmers, David J., and Kelvin J. McQueen. "Consciousness and the Collapse of the Wave Function." arXiv:2105.02314.
이건 오히려 이걸 뒷받침하는 내용이 될 듯
4. 시뮬레이션 가설의 문제점
시뮬레이션 가설을 지지하는 사람들이 주로 내세우는 근거는 물질이 관측되기 전에는 확률로서 존재한다는 양자역학의 법칙이 컴퓨터 프로그램이 연산량을 최소화하기 위해 사용하는 최적화와 비슷하며 여기에 플랑크 길이, 플랑크 시간 등으로 보아 우주가 사실 연속적인 아날로그가 아닌 최소 단위가 모여 구성된 디지털에 가까워 보인다는 것이다.그러나 모의실험을 반박하는 입장에서는 위 논점이 마치 '프랙탈 우주론'과 같은 유사과학으로 들릴 여지가 있다. 양자역학에서 에너지 준위가 양자화된다는 것은 입자가 가질 수 있는 에너지 준위 값이 한정돼있다는 소리지 에너지 준위값 자체는 위치에너지에 좌우되는 연속량이고, 각운동량 양자화 같은 경우는 애초에 양자역학에서 각운동량은 정확히 입자나 공간 회전수의 역수이기 때문에 양자화가 될 수밖에 없다. 그리고 상술한 플랑크 최소단위들은 루프 양자 중력 이론이나 초끈이론처럼 검증은 커녕 아직 수식화, 모형화조차도 되지 않은 가설에서나 거론되는 수준이며, 현대 이론물리학에서 주류인 양자장론과 일반 상대성 이론에서는 공간에 최소단위 같은 거 따윈 두지 않는다. 또한 광속이라는 일종의 최대값의 존재를 대면서 시뮬레이션 가설을 주장하는 경우가 간혹 존재한다. 허나 광속이라는 최대값이 존재하는 이유는 4차원 운동량 ([math(E/c)], 3차원 운동량 [math(p)])에 대해 [math(E^2-p^2c^2=m^2c^4)]가 성립하는데 여기서 [math(m^2>0)]일경우 [math(E)]는 [math(pc)]보다 더 크니 4차원 시공간에서 물체 운동방향은 빛원뿔 안에 속하게 되어 빛보다 느려지게 되며 '최대값'이라는 광속은 [math(E)]와 [math(p)], 즉 물체 에너지와 운동량이 다 함께 무한대로 발산할 때의 극한값임을 알 수 있다.
물론 컴퓨터 자체로는 어떻게든 해서 속도로 모의실험을 돌려볼 수도 있겠으나 현실 우주는 '속도 보존 법칙'이 아닌 에너지-운동량 보존 법칙을 따르며, 위에 언급한 식에서 보이다시피 에너지와 운동량이 질량과 연관성이 더 큰 만큼 당연히 에너지, 운동량을 기준으로 모의실험을 삼아야 한다. 이에 따라 겉보기에는 광속이라는 최댓값이 존재하는 듯 하지만 실제 입자 운동을 묘사하는 데 적합한 운동량, 에너지 영역에서는 한계값이고 뭐고 그런 거 없다. 또한 이러한 태도는 신이 모든 걸 설정했다는 논리와 다를 것이 없으며 광속에 대해 이해하는 것은 우주를 이해하는 데 아주 중요한 역할을 하기 때문에 광속을 이용하여 모의실험 가설을 옹호하는 태도는 과학적으로 보든 논리적으로 보든 문제가 있는 태도라고 볼 수 있다.
게다가 나비 효과로 유명한 카오스 이론도 결코 무시할 수 없다. 미세 조정된 우주를 참조하면 인플라톤의 농도, 인플레이션-빅뱅 시 진행과정을 유효숫자를 겨우 십수자리 밖에 안 되도록 근사했다간 우리 우주 운명 자체가 확 바뀌는 등. 당연히 이러면 모의실험은 실패다. 또한 arxiv에 올라온 켄 워튼의 논문 'The universe is not a computer'에 따르면 우리의 물리학 법칙은 과거가 미래를 유일하게 결정하는 성질을 가지고 있지 않을수도 있으며, 따라서 우리의 우주가 시뮬레이션될 수 있다는 생각은 원칙적으로 가설이며 당연한 것으로 취급되어서는 안 된다.
인간의 의식을 유물론적으로 설명한다고 하더라도 모의실험 가설에서 가정하는 것처럼 순수하게 의식만 컴퓨터로 구현하는 것이 가능하다는 입장에 동의하는 것은 아니다. 대표적으로 대니얼 데닛이 그러한 시각에 반대한다. 왜냐하면 인간의 의식은 외부자극, 즉 외부에서 들어온 정보가 필수적으로 요구되기 때문에 외부자극 없이 인간의 의식을 구현하는 것은 '이론상' 가능할지 몰라도 실질적으로는 거의 불가능에 가까울 것이기 때문이다.즉 유한시간 내의 시뮬레이션을 만들고 실행하기는 불가능에 가깝다.
시뮬레이션 우주치고는 너무 비효율적이라는 문제도 있다. 인간의 의식에 대한 시뮬레이션이 목적이라면 지구와 태양만 구현하거나 온라인 게임처럼 상호작용 부분만 구현하면 되는데 불필요하게 우주의 규모가 너무 크다. 고차원에서는 에너지가 훨씬 남아돌아 아무것도 아니라쳐도 같은 비용대비 결과차이가 너무 나는데 비합리적이다.
5. 반응
5.1. 중립
- 닐 디그래스 타이슨: 우리가 시뮬레이션일 확률과 아닐 확률을 50:50이라 주장한다.
5.2. 긍정
- 일론 머스크: 대표적인 모의실험 가설 옹호자, 우리의 존재가 시뮬레이션이 아닐 확률이 0.0000001%라고 주장한다. 그러나 일론 머스크는 과학자가 아닌 사업가이므로 공신력 있는 발언은 아니다.
| 일론 머스크는 모의실험 가설이 참이 아닐 확률이 10억분의 1일 것이라는 코멘트를 남긴 적이 있다 |
5.3. 부정
- 맥스 테그마크: 본인의 고유 주장인 수학적 우주 가설과 충돌하는 측면도 존재하며 논리적으로 오류임이 분명하며 USB의 존재가 다중우주의 존재를 결정하는 것은 터무니 없는 일이라 주장한다. 우리가 시뮬레이션 세상에 살 확률을 대략 17%라고 말했다.
- 리사 랜들: 우리가 시뮬레이션일 확률은 0%라고 말했다.
- 맥스 호닥[10]: 모의실험 가설에 반대한다. 같이 뉴럴링크를 창업한 일론 머스크가 모의실험 가설을 강하게 지지하는것과 대조된다.
6. 여담
- 록밴드 MUSE의 8집 앨범 Simulation Theory, 록밴드 NELL의 EP 앨범 Dystopian's Eutopia는이 모의실험 가설을 컨셉으로 잡고 제작된 음반이다.
[1] 쿠르츠게작트 영상[2] 그는 "이 우주가 시뮬레이션이 아닐 확률은 10억 분의 1 정도라고 생각한다"고 밝힌 바 있다.[3] 다만 플랑크 길이라고 해서 "우주가 이산적인 공간인가?"라는 물음에는 아직 확답이 있지는 않은 상태이다.[4] 가령 플랑크 길이보다 더 짧은 거리만큼의 이동에 대해서 반올림을 해서 근사값으로 처리한다면 이 오차가 누적되어 관측될 수도 있을 것이다.[5] 뇌도 어떻게 보면 유기물로 이루어진 컴퓨터다. 물론 여기에서 뇌=의식 이라는 전제도 더 필요하다.[6] "The Simulation Argument is perhaps the first interesting argument for the existence of a Creator in 2000 years.[7] Thank you so much, Dr. Bostrom. You have proved that my psychiatrist was wrong all along."[8] 직접 물어봤다고 한다![9] 이 분은 와중에 다른 파격적인 이론을 제안한 바 있다.[10] 뉴럴링크의 공동 창업자