[김범준의 옆집물리학]아인슈타인 테스트

미래의 어느 날 외계 지적 생명체의 메시지가 지구에 도착했다. 궁금한 것이 있으면 무엇이라도 물어보라는 내용이 담겼다. 당신이라면 어떤 질문을 하겠는가? 먼 우주에서 보면 티끌같이 작은 이곳 지구에 지적 존재가 있다는 것을 알아내 먼저 연락했다는 사실 자체가 이들의 까마득한 과학기술 수준을 보여준다고 할 수 있다. 시간이 흐르면서 발전하는 과학기술의 속성을 생각하면 우리보다 더 긴 문명의 역사를 가지고 있을 것도 분명하다. 천문학자 칼 세이건이 고른 질문이 있다. “우리 지구인이 겪고 있는 것과 같은 갈등과 반목으로 점철된 문명의 사춘기를 당신들은 어떻게 무사히 넘기고 평화를 이룰 수 있었나요?” 나도 궁금하다.

물리학자로서 내가 궁금한 것이 있다. 이들의 고전역학에도 F=ma가 있을까? 이들도 상대성이론을 알아냈을까? 이론의 내적 정합성에는 문제가 없지만 그래도 생각하면 할수록 늘 아리송한 것이 지구의 양자역학이다. 이들의 양자역학은 우리와 다를까? 만약 외계인의 물리학이 우리와 같다면 기쁜 소식이다. 아, 우리가 지금까지 헛다리 짚은 것은 아니었구나! 뿌듯한 자부심을 느낄 수 있다. 우리 물리학과 다르면 더 기쁜 소식이다. 아, 이렇게가 아니라 저렇게도 물리학을 만들어낼 수 있구나! 둘의 차이에 대한 이해로 우주에 대한 더 깊은 이해에 도달할 수 있다.

외계인의 물리학이 궁금했던 난 요즘 비슷한 다른 생각을 한다. 물리학의 다른 가능성을 알아내기 위해 굳이 외계의 지적 생명체와의 대화가 필요할까? 우리와는 다르게 사고하는 비인간 지적 존재가 만들어낼 물리학을 우리의 물리학과 비교할 수도 있다. 눈치채셨는지? 바로 지금 빠르게 발전하고 있는 인공지능(AI) 얘기다. 내부에 과연 지성이라고 할 만한 것이 있는지는 일단 차치하고, 어쨌든 이미 우리는 창의적이고 지적으로 보이는 결과물을 산출하는 비인간 존재를 갖게 됐다. 최근 인공지능이 수학과 물리학의 미해결 문제를 해결했다는 소식을 들었다. 만약 엄밀한 검증을 거쳐 사실로 확인된다면, 인간이 아닌 비인간 지적 존재가 주도하는 과학이 지금 막 시작된 것일 수 있다. 과학의 역사에서 처음 일어난 일이다.

요즘 논의되는 흥미로운 제안이 있다. 아인슈타인 테스트라고 불리는 재밌는 발상이다. 시간을 거슬러 올라 아인슈타인이 살던 시대로 돌아가 보자. 그때 만약 아인슈타인이라는 탁월한 천재가 없었어도 일반상대성이론이 완성될 수 있었을까? 지금까지는 재밌는 사고 실험일 뿐 누구도 그 답을 얘기할 수 없었다. 하지만 인공지능을 이용한다면 어떨까? 아인슈타인이 일반상대성이론 논문을 발표한 것은 1915년이다. 구글 딥마인드의 데미스 허사비스는 이 시기보다 이른 1911년까지의 모든 과거의 과학 지식만을 학습시킨 인공지능이 과연 일반상대성이론을 스스로 찾아낼 수 있을지 테스트하자고 제안했다.

우리 인간이 만들어낸 최첨단 인공지능의 능력을 시험하는 테스트로 볼 수도 있지만, 물리학의 기존 패러다임을 파괴적으로 교체한 인간 사고의 탁월한 창의성이 어떻게 가능했는지 이해하는 데도 도움이 될 수 있다. 과학 지식의 정당화의 맥락에 대해서는 할 말이 많은 과학철학이 여전히 궁금해하는 발견의 맥락에 대한 이해를 진전시킬 수도 있다. 아인슈타인 테스트는 양자역학에 관련된 하이젠베르크 테스트, 슈뢰딩거 테스트로 확장될 수 있다. 그 이상도 생각할 수 있다. 2026년 11월까지의 모든 물리학 지식을 학습한 인공지능이 우리가 전혀 짐작도 할 수 없는 새로운 물리학을 만들어낼 수도 있을까?

미래의 어느 날 인공지능의 e메일이 모든 물리학자에게 도착했다. 연결된 링크를 클릭해 물리학의 성배인 ‘모든 것의 이론’을 완성한 백만 페이지 논문을 내려받는다. 단 한 번도 인류가 접한 적 없는 수학의 구조가 층층이 쌓아 올려지고는 드디어 마지막 페이지에 화룡점정처럼 딱 한 줄의 깔끔한 수식이 보인다. ‘모든 것의 이론’의 아름다운 수학적 표현이다. 마지막 수식은 타당하고 옳은 것처럼 보이지만, 그 결과가 어떻게 유도됐는지는 누구도 이해하지 못한다.

이해의 범위를 훌쩍 넘어서는 인공지능의 물리학이 출현할 수 있다. 물리학의 발전이 인간의 이해와 괴리된 미래의 물리학은 어떤 모습일까? 그때에도 우리는 여전히 간절하게 이해를 꿈꿀까? 어쨌든 결과는 맞으니 굳이 이해할 필요는 없다고 생각할까? 아인슈타인 테스트를 통과할 인공지능의 도래는 과학의 희소식일까, 아니면 과학의 종말을 알리는 시작일까?

김범준 성균관대 물리학과 교수

김범준 성균관대 물리학과 교수