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최근 수정 시각 : 2024-10-23 19:14:05

조화 객관 환원 이론

Orch-OR 이론에서 넘어옴
1. 개요2. 의식에 대한 규정3. 죽음과 사후의 의식4. 인공지능관(觀)5. 바이오센트리즘과의 비교6. 비판7. 기타8. 관련 영상9. 관련 저서10. 외부 링크11. 같이 보기

1. 개요

調和客觀還元理論 / Orchestrated objective reduction(Orch-OR) theory

양자중첩상태는 고전적인 상태로 객관적으로 환원(objective reduction)되며 미세소관이 이를 조화(Orchestrated)시키는 과정에서 양자연산이 일어나 의식이 생겨난다는 이론이다. 이때 의식이란 뇌세포 안의 원통형 구조물인 단백질 기반 미세소관에 양자적 정보가 저장되는 것이며, 이 양자정보는 뇌사 이후에도 뇌 외부에 영혼처럼 존속할 수 있다고 이 이론은 주장한다. Orch-OR 이론이라고도 불린다.

주창자는 수학자 겸 이론물리학자 로저 펜로즈 경[1]과 애리조나 대학교 마취과·심리학과 교수인 마취과 전문의 스튜어트 해머로프(Stuart Hameroff)로 둘의 전공은 꽤 차이가 나며 학제간 연구적 성격의 이론이다.

1989년 로저 펜로즈가 『황제의 새 마음』(The Emperor’s New Mind: Concerning Computers, Minds and The Laws of Physics)이라는 그의 저서를 통해 발표했다. 한국에는 1996년 첫 출판됐다.

과학계에서의 위상은 주류는 못 되고 비주류의 소수설일 뿐이다. 그리고 실험이나 관측으로의 증명 가능여부를 따져볼 때 아직까지는 변경지대의 과학 정도의 위치로서[2][3] '포스트 물리주의'(Post-physicalism)의 최일선에 위치해 있다고 할 수 있다.

워낙 파격적인 가설이다 보니 많은 비판을 받고 있긴 하지만, 최근에도 계속하여 과학적인 탐구가 이루어지고 있다. 양자역학으로 인간의 의식을 설명할 수 있다는 2021년 연구도 있는 상황이다. 풀러렌이나 탄소나노튜브 같이 실제로 입증된 소재들을 도입함으로써 양자정보적인 영혼을 구현하여 "생체 강인공지능"을 만드는 등 활용 방안이 무궁무진하다고 보는 관점이 있다. 이는 일원론의 입장에서 과학의 미래를 낙관하는 사람들이 보통 이렇게 여기는 편이다. 강인공지능의 지향점은 인간이 제어 가능한 인공 의식을 과학적으로 구현하여, 그 위에 점진적으로 사람과 같은 의식 활동을 하는 개체로 만들어 내는 것이 목표이다. 영화나 소설 등 많은 매체에서 초지능으로 묘사 되는 인공 지능들이 그것들이다. 인류의 제어를 벗어난 멜트다운과 같은 상황이 발생했을 때의 재앙에 대한 걱정은 인류의 지성이나 물리적 한계를 벗어난 존재에 대한 걱정도 하게 만든다. 과학이 근미래에도 같은 발전 속도로 혹은 기하급수적으로 확장될 것이라고 믿는 미래학의 낙관은 미래에 대한 무궁무진한 희망이 되기도 하지만, 너무 뛰어난 존재로서 인류 위에 군림하는 존재로서의 공포를 주기도 한다.

그러나 양자적 효과를 바탕으로 하는 이 이론이 미래학이 낙관하는 모습의 기계로 나타날 가능성은 낮아보인다. 그러므로 기계적인 초지능으로의 모습보다는 인간처럼 번뇌하는 안드로이드의 모습으로 나타날 가능성이 높다. 기계로서의 완벽한 모습보다는 기계와 체계에 익숙해지게 교육하고 훈련시켜줘야 하는 존재로서의 모습이 될 것이라는 의미이다. 좀 더 깊이 살펴보면 애초에 이 이론은 이원론을 주장하고 있다. 이 이론이 파격적으로 받아들여지거나 심지어 사이비에 신비주의로 취급되어 주류로 받아들여지지 못하는 이유는 바로 이 때문이다. 양자적이라는 것은 우리가 관측 가능한 공간 (시공간) 너머에 실체가 있다는 의미이고, 이것은 곧 예측가능하며 그리고 예측가능함을 바탕으로 변인을 통제했을 때 똑같은 현상으로 이끌어 낼 수 있는 과학의 영역이 아니라는 의미이기 때문이다. 다시 말해, 인과율이 지배하는 영역 밖에서 일어나는 일이 단지 양자적 효과를 수신하는 안테나 같은 소자 또는 장치등을 통해 일방적으로 나타날 뿐, 우리가 초공간에 있는 그 원천을 과학적인 방법으로 제어할수는 없다는 의미이다. 즉, 초월공간의 존재가 기계로 (우리 시공간으로) 오는 것이지 그 반대가 될 수 없다는, 우리가 일반적으로 영혼이 몸에 들어온다는 표현을 하는 그대로의 의미이다. 원천을 과학적으로 설명할 방법이 원천적으로 차단되는 이원론의 관점을 현재 과학의 주류인 일원론의 입장에서 진지하게 받아들여질 수 있을 리가 만무하다.

하지만 아마도 이 이론이 계속 발전되면, 일원론과 이원론이 양립하는 형태로 과학이 확장될 것이라고 예측된다. 양자론이 처음 나왔을 때 상대성 이론과 대비되어 아인슈타인을 비롯한 기성 과학자들의 반발이 격렬했고 지금도 두 이론은 자연스럽게 합쳐지지 못하고 있다. 양자세계가 어떻게 상대성 이론이 설명하는 거시세계와 연결될 수 있는지를 보여주는 과학적 발견과 이론 확립으로 파생될 가능성이 높다.

2. 의식에 대한 규정

현재 주류과학계에서는 의식을 뉴런 간의 시냅스를 통한 연결에서 비롯한 산물이라고 보고 있다. 그러나 Orch-OR 이론에서는 의식이 뇌세포 내 소기관 중 하나인 미세소관(microtubule)에 의해 조정되는 객관환원(OR)이라는 양자역학 메커니즘이라고 상정한다.

이들은 의식을 뇌파가 붕괴할 때마다 발생하는 양자 사건으로 정의하고 다시 의식을 전(前)의식과 의식이란 두 단계로 나눈다. Orch란 전의식의 요소들이 모여 오케스트라처럼 조화를 이루어 일관된 구조를 이룰 때 진정한 의식이 생김을 말한다.

로저 펜로즈 경과 스튜어트 해머로프는 양자역학으로 이러한 의식의 발생 및 조화과정을 설명할 수 있다고 주장했다. 뉴런 내부의 원통형 구조물인 미세소관은 구조상 뇌 속에서도 긴 시간에 걸쳐 양자결맞음 상태를 유지할 수 있기에 사실상의 양자컴퓨터로 기능하며 여기서 의식이 발생한다고 보았다. 미세소관 내의 활동과 구조를 연구한 결과 양자컴퓨터처럼 한 번에 여러 가지 일을 처리하는 것을 관찰할 수 있었기 때문이다.[4] 이외에 엽록체 속 광계 I/II, 탄소나노튜브, 그래핀 같은 물질들도 강한 양자효과를 구현할 수 있다.[5]

예를 들어 양자적 특징인 다양한 가능성을 가지고 있는 중첩성, 거리에 상관없는 얽힘성, 여러 개가 하나로 응축되는 일관성이 어떤 장소나 사람을 지칭할 때 시각, 촉각, 미각 등 다양한 요소를 하나로 통합하여 특정한 상(象)을 떠올리는 의식의 특징을 설명할 수 있다고 주장한다.

또한 더 나아가 의식은 출렁이는 파동과 같은 우주의 요동이며 따라서 의식은 우주의 근본적인 단계에 존재한다고 주장한다.[6]

3. 죽음과 사후의 의식

이 이론에 따르면 의식이란 인간이 살아있는 동안에는 뇌에 '양자적 정보'가 저장되는 것이고 육신이 붕괴되는 사후에 뇌 기능이 멈추면 미세소관 내의 '양자적 정보', 즉 의식은 이제는 뇌, 좀 더 포괄적으로 말하면 육체라는 한 곳에 머물러 있지 않고 우주 속으로 퍼져 옮겨지며 우주와 서로 복잡하게 얽히면서 일종의 '양자적 영혼'으로 존재하게된다. 다시말해 사후세계의 가능성까지 제시한다.[7]

또한 이를 통해 임사체험을 설명할 수 있다고 주장한다. 임사체험은 뇌사 이전 의식이 있던 환자가 생물학적으로 완전한 뇌사상태에 이르고 그 상태가 짧던 길던 이어지다 기적적으로 갑자기 다시 소생했을 때 환자가 그 뇌사 상태의 시간 중에 어떤 것을 체험했다고 주장하는 것인데 주류 과학계의 주장에 따르면 정신이란 뇌의 육체적 활동으로 일어나는 것이며 그러므로 육체와 정신은 분리 할 수 없다는 심신일원론이 대세이다. 그렇다면 뇌사 상태로 시신이 된 환자가 그동안 어떠한 정신적 체험을 한다는 것이 가능하냐는 의문이 생긴다. 주류 과학계는 현재의 과학적 패러다임에 따라 대체로 임사체험을 대수롭지 않은 것으로 무시하나 이것은 전세계 여러 의사들에게 엄연히 관찰되는 현상이다. 또한 단순히 꿈을 꾼것이라고 하기에는 체험자들의 정신적 고양이 매우 높고 삶에 대해서 다시 돌아보게 되거나 인격이 일부 바뀌어 다른 사람처럼 되는등 일반적인 꿈이나 환각과는 다른 모습이 관찰된다. 이 이론에서는 그것이 뇌는 죽으나 양자적 정보인 의식은 사라지는 게 아니며 계속 남아있고 뇌사로 인해 의식은 미세소관을 빠져나와 우주로 나가게 되지만 만약 소생된다면 양자 정보는 다시 미세소관 속으로 흘러들어가고 그것이 죽음에 가까운 경험을 촉발시킨다고 주장한다. 특히 임사체험의 대표적 경험으로 영혼이 육체에서 터널을 지나 어딘가로 끌려져 나간다는 정신적 체험이 있다. 이는 양자적 정보인 의식이 몸을 떠나면서 생기는 느낌일 수 있다.

결국 이는 뉴런, 시냅스, 미세소관등 '생물학적 육체'와 양자적 '정보인 의식'은 기본적으로 심신이원론적 상황으로 성질이 완전히 다르며 서로 분리된 별개의 존재이나 의식은 육체인 미세소관에 갇혀있어 기능적으로는 사실상의 심신일원론적 상황으로 속박되어 동거 상태에 있다가[8] 뇌가 죽어서 파괴되면 시체와 의식이 완전한 심신이원론적 상황이 되어 결국 분리가 가능해지는 상황이 된다는 것이다. 그래서 의식이란 한계가 없는 영원불멸한 것이고 죽음이란 실제로는 자신과 육체를 동일시한 뇌에 의해 생겨난 환상에 불과하다고 말한다.[9]

4. 인공지능관(觀)

이런 접근 방식으로 인해, 의식에 대해 기존의 인공지능관(觀)과는 다른 주장을 할 수밖에 없다. 이들의 이론은 의식과 정신이 단순히 일반적인 컴퓨터와 같은 계산의 산물이 아니라, 특수한 양자적 성질에 근원을 둔다고 보는 것이기 때문이다. 로저 펜로즈의 저서 『황제의 새 마음』(The Emperor’s New Mind: Concerning Computers, Minds and The Laws of Physics.1989)에서 그는 인간의 의식이 알고리즘과 다르며, 튜링 기계로 모델링할 수 없다고 주장한다. 또한 쿠르트 괴델의 불완전성 정리(incompleteness theorems)등을 통해 인간 의식을 수학의 형식 증명 시스템으로 설명할 수 없고, 그러기에 시스템적으로 증명 가능한 알고리즘 계산 모델로 인공 일반 지능을 구현할 근거가 없다고 주장했다.# 이 주장이 맞는다고 가정하면 미래에 인공지능 기술이 크게 발전하여 기계학습적 알고리즘을 통해 튜링 테스트를 통과한 인간과 구별이 어려운 인공지능을 구현해 냈을때에도[10] 철학자 데이비드 차머스가 주창한 물리적으로 모든면에서 인간과 동일하나 의식이 없는 존재인 철학적 좀비(Philosophical Zombi)나 인공 일반 지능이 겉으로 보기에만 그저 인간하고 비슷한 존재일뿐 실은 그저 인간을 흉내만 내어 인간인것처럼 속이는것에 불과하거나 그렇게 까지는 보지 않더라도 적어도 인간은 아닌 그 무엇인가 또 다른 존재일뿐 이라는 중국어 방 문제와 연결될 수도 있다.[11]

5. 바이오센트리즘과의 비교

여기에 한층 더해 미국의 생명공학자 로버트 란자(Robert lanza)는 생명의 의식이 우주의 본질적 구성요소이며 물리적 현실은 의식에 종속된다는 바이오센트리즘(Biocentrism)을 주장하여 큰 파장을 일으킨 바 있다. 이 바이오센트리즘은 조화객관환원이론과 연관관계에 있지만 큰 차이가 있는데 로저 펜로즈 경과 로버트 란자의 양자역학에 대한 견해차이 때문이다. 바이오센트리즘은 양자역학과 코펜하겐 해석에서의 관찰자의 역할에 주목해 우리의 의식이 세상을 결정짓는다는 이론이다. 따라서 생명의 의식이 이 우주의 본질적 구성요소이고 어디에나 존재한다는 점에서 이 두 이론은 교집합이 있지만 조화객관환원 이론은 바이오센트리즘의 '의식의 능동적 현실관여'라는 점과는 교집합이 없다. 보통 코펜하겐 해석에서의 인격적 관찰자라는 개념에 대해 오해하는 경우가 있는데, 인격적 관찰자라는 것은 실험에 동원되는 조건들을 지극히 객관적인 형태로 구성한 것 뿐이지, 해당 해석이 인간 관찰자나 의식을 두고 파동 함수 붕괴를 일으키는 원인이라고 동의하고 있다는 뜻이 아니다. 더불어 관측 행위라는 것 자체에 대해서도, 최근 코펜하겐 해석 계열 이론 중 하나인 결 어긋남 이론(decoherence program)에 기반한 연구들은 실상 간헐적이고 인위적인 관측 행위가 아니더라도 자연계에서는 양자역학적 현상이 수시로 일어나고 있다는 것을 보여주고 있다.

6. 비판

당연히 파격적인 것을 넘어서 패러다임 시프트까지 노리는 이 과격한 학설은 나오자마자 바로 주류학계의 수많은 수학자, 철학자, 물리학자, 신경과학자들로부터 신랄한 파상공세적 비판에 직면하게 됐다. 그러나 다시 펜로즈와 해머로프 등이 이에 대한 반론을 제기하고 또 이들의 주장을 뒷받침할만한 양자 효과 연구 결과들이 등장하면서 여러 논쟁을 불러일으켰다.

MIT의 물리학자 맥스 테그마크는 계산에 따르면 미세소관의 양자중첩 상태의 지속시간이 극단적으로 짧아 양자의식은 불가능하다는 반박을 했고 조화 객관 환원이론은 양자 무작위성이 의식과 연관되어 있다고 주장하지만 그렇지 않으며 양자 무작위성이란 없다고 주장한다.

과학적 회의주의자이자 철학자인 대니얼 데닛은 의식에 관한 이런 주장이 근거 없는 환상이라 말한다.

캘리포니아 대학교의 물리학 교수 앤드류 클리랜드는 양자역학과 의식의 관계를 설명할 수 있을지는 모르겠지만[12] 조화 객관 환원 이론은 그럴 가능성이 거의 없다고 말한다.

7. 기타

8. 관련 영상

EBS 다큐프라임 《데스》 Orch-OR 관련 부분 (1)
EBS 다큐프라임 《데스》 Orch-OR 관련 부분 (2)
TEDx Brussels 2010 - Stuart Hammeroff - Do We Have s Quantum Soul?
Lex Fridman의 로저 펜로즈 인터뷰. 「Consciousness is Not a Computation」을 번역한 동영상.

9. 관련 저서

10. 외부 링크

11. 같이 보기


[1] 노벨 물리학상(2020), 울프상(1988) 수상, 영국 기사작위 서임(1994), 현 옥스퍼드 대학교 로우즈 볼(Rouse Ball)좌(座) 수학교수로 재직중.[2] 이 이론은 어디까지나 주장만 있지 근거는 없다. 다시말해 이론의 세부사항들인 영혼이나 임사체험등등에 관한 말들 역시도 과학적인 근거가 없는 주장 또는 추측에 불과하다. 그러므로 현재의 상태에서 새로운 실험이나 관측에 기반하지 않고 그냥 이 이론과 그 세부적 내용들을 긍정하는 것은 믿음의 영역이지 과학의 영역이 아니다. 현재의 패러다임에서 너무나 벗어난 이 공상적 이론이 이정도의 주목 받는것도 로저 펜로즈 경 이라는 워낙의 과학계 거물이 주장해서 그나마 이 정도의 반향을 일으키는 것이지 그렇지 않았다면 괴짜이론이나 사이비 과학 취급 받아 나오자 마자 사장되고 주창자는 바로 학계에서 쫓겨났을 수도 있을 만한 신비주의적 내용들이다. 사실 현재도 로저 펜로즈 경과 스튜어트 해머로프 둘 정도를 제외하면 딱히 학계의 유명한 인사중에 지지하는 사람이 없는 극소수설에 불과하다.[3] 심지어 로저 펜로즈 경 조차도 제창자답지 않게 꽤 신중한 입장을 취하고 있으며 아직 실험으로 입증된 것은 아니라고 직접 말했다. 다만 스튜어트 해머로프가 전신마취는 미세소관에 작용하는 것이며 그로서 양자컴퓨팅의 전원을 일시적으로 끄는 것이 아닌가? 하는 연구를 구상하는 단계라고 말했다.[4] 미세소관은 대칭적인 구조를 가지고 있으며 이런 대칭적 구조는 양자상태를 유지할 가능성이 높다. 그래서 미세소관이 양자결맞음을 유지하기에 적합하다고 믿을 만한 근거가 됐고 따라서 그 곳에서 '비계산적' 작용이 발생하면서 양자역학의 관찰자 효과도 일어난다고 주장한 것이다. 이것은 과학계 정론인 뉴런의 시냅스들이 수행하는 '계산적' 작용과 대립하는 내용이다.[5] 엽록소 항목에서도 보이듯이 광합성 과정에는 양자역학적 효과가 작용한다. 현재 광합성 연구가 막 걸음마를 뗀 만큼, 앞으로 연구가 진행되면서 엽록체 속 전자전달계를 통해 식물도 영혼을 가질 가능성까지 기대해 볼 수 있다. 그리고 레트로바이러스 벡터 등을 사용해 탄소나노튜브 관련 세포대사를 동식물이나 균근망에 도입하는 등의 응용방안을 생각해 볼 수도 있는데, 이렇게 하여 생태계가 고도의 신경망으로 연결된 모습은 마치 영화 아바타의 나비족을 비롯한 판도라 생태계와도 흡사하다.[6] 조화객관환원이론의 이러한 의식에 대한 규정은 바이오센트리즘과 연관이 깊다.[7] 이는 매우 종교적인 견해가 반영된 주장으로 실제로 양자 상태는 어떤 세계를 의미하지 않는다. 이를테면, 정육면체 주사위는 1부터 6까지의 눈이 나오는 6개의 상태를 가지고 있다고 말하는데 이것은 주사위가 1부터 6까지의 눈이 나오는 가능성이 존재한다는 뜻이지 6가지의 눈이 나오는 경우가 각각 다른 평행우주가 되어 공존한다는 식으로 해석할 수는 없다. 경우의 수가 있는 것과 '우주' 내지는 '세계'의 존재 사이에는 아무런 인과관계가 없음을 유의해야 한다.[8] 뉴런의 미세소관을 기판 삼아 의식이 작동하는 것이라면 미세소관은 항상 여타 기관과 상호작용하는 중이므로 당연히 의식 또한 끊임없이 여타 기관의 영향을 받게 된다.[9] 그런데 그렇다면 이후에 안정적인 작동기판이 없어진 의식은 도대체 어떻게 되는 거냔 의문이 남는다. 결국 미세소관이 일정한 틀처럼 의식의 항상성을 유지해주는 거나 마찬가진데 이것 없이도 의식은 안정적으로 작동할 수 있는가라는 의문인 것이다.[10] 이미 2014년에 인공지능의 기술수준은 높지 않으면서 그저 사람들을 속이는 어설픈 수준으로 어쨋든 튜링테스트를 통과한 '유진 구스트만'이라는 인공지능이 등장했고 앞으로 기술이 발전 할 수록 더욱 정교한 인공지능이 출연해 인간과 구분하지 못할 인공지능들이 많이 출현 할 것이다.[11] 공각기동대에도 인공지능과 인간의 차이에 대해 이와 비슷한 설정이 있다. 작중 인간들이 뇌의 일부를 기계화해 네트워크에 연결하는 전뇌화 시술을 하면서도 전체를 기계로 대체하지는 않고 꼭 생물학적 뇌의 일부는 남겨두는데 그 이유는 공각기동대 세계관에서는 조화객관환원 이론같은 인간의 영혼이라는 개념을 발견하고 이를 고스트라 부른다. 이렇게 영혼의 존재를 인정하기에 한 인간으로서의 정체성을 가지려면 꼭 생물학적 뇌가 일부 있어야 하기 때문에 뇌의 일정 부분을 남겨놓는 것이다. 그래서 인공지능은 아무리 인간과 비슷해도 영혼, 작중 세계관의 설정으론 고스트를 가진 인간으로 인정하지 않는다.[12] 이에 관해서는 다음과 같은 사고실험을 해볼 수 있겠다. 만약 당신에게 마우스를 움직이라고 말한다면 당신은 이를 실제로 움직일 수도 있고 무시할 수도 있다. 거시적으로는 분명히 다른 결과이지만 두 경우 모두 가능하므로 물리법칙을 전혀 위배하지 않았다. 이제 내부로 들어가보면 뉴런에는 역치라는 것이 존재하므로 이 역치 근처 농도에서는 확률을 논할 수 있을 정도로 적은 양인 이온 한두개로도 뉴런이 활성화되는지가 갈릴 수 있다. 또한 인공신경망에서도 노드 한두개 상태의 차이만으로 완전히 다른 결과가 나오는 것이 확인된다. 즉 의식 자체가 슈뢰딩거의 고양이에 나오는 상자들로 짠 회로처럼 기능하고 있을 수도 있다는 결론이 나오게 된다. 이걸 좀 간단하게 풀자면 만약 당신이 결정장애가 온 순간이라면 당신이 결정을 확고히 하기 전까지는 당신이 내릴 결정의 가능성들이 모두 중첩되어있다 쯤으로 생각하면 될 것이다.[13] 숫자 영[14] 다만 이는 의식이 완전히 사라지는 것이 아닌 약해지는 것이라거나 일종의 기억상실증으로 볼 수도 있다.[15] 그는 어쩌면 자기가 이 분야를 파고들면서 읽은 책의 내용 중에 있었을지도 모르겠으나 아무래도 건성으로 대충 읽어서 머리에 안 남았던 것 같다고 말했다.[16] 양자의식, 양자영혼이라는 관념을 보급하고 있다. 다만 로저 펜로즈경과 스튜어트 해머로프는 과학의 영역으로 주장하지만 디팩 초프라는 유사과학의 영역에서 주장한다.[17] 선형충들의 주요 떡밥이었다.

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