# 다세계 해석 > [!abstract] 목차 > 1. [[#개요]] > 2. [[#휴 에버렛 3세]] > - [[#생애와 배경]] > - [[#1957년 박사논문]] > - [[#학계 반응과 이후 삶]] > - [[#1970년대 재발견]] > 3. [[#이론의 핵심]] > - [[#상대 상태 정식화]] > - [[#파동함수 붕괴의 제거]] > - [[#보편적 파동함수]] > - [[#분기와 세계]] > 4. [[#주요 문제들]] > - [[#확률 문제]] > - [[#선호 기저 문제]] > - [[#존재론적 비용]] > 5. [[#현대적 발전]] > - [[#결어긋남과의 관계]] > - [[#결정 이론적 접근]] > - [[#양자 컴퓨팅과의 연결]] > 6. [[#비판과 응답]] > 7. [[#물리학자들의 지지]] > 8. [[#관찰자의 기록]] > 9. [[#같이 읽기]] ## 개요 **다세계 해석**(many-worlds interpretation, MWI)은 1957년 휴 에버렛 3세(Hugh Everett III)가 제안한 양자역학의 해석이다. 핵심 주장은 파동함수 붕괴가 일어나지 않는다는 것이다. 슈뢰딩거 방정식은 항상 적용되며, 측정 시 우주가 "분기"(branch)하여 모든 가능한 결과가 서로 다른 "세계"에서 실현된다. 다세계 해석은 [[측정 문제]]를 해결하는 급진적 방법이다. [[코펜하겐 해석]]에서 측정은 파동함수 붕괴를 야기하는 특별한 과정이다. 다세계 해석에서 측정은 특별하지 않다—관측자와 피관측 시스템 사이의 [[양자 얽힘|얽힘]]을 유도하는 상호작용일 뿐이다. "붕괴"의 외양은 관측자 자신이 분기에 포함되기 때문에 발생한다. 에버렛의 원래 논문은 무관심과 적대적 반응을 받았다. 닐스 보어(Niels Bohr)와의 만남은 "완전한 재앙"이었고, 에버렛은 물리학을 떠나 국방 분야에서 일했다. 1970년대 브라이스 드윗(Bryce DeWitt)이 "다세계"라는 명칭을 붙이고 이론을 대중화하면서 상황이 바뀌었다. 현대에 다세계 해석은 양자역학의 주류 해석 중 하나로 자리잡았다. 특히 양자 컴퓨팅과 양자 우주론 분야에서 지지를 받고 있다. 그러나 확률의 의미, "세계"의 정의, 존재론적 비용 등은 여전히 논쟁적이다. ## 휴 에버렛 3세 ### 생애와 배경 휴 에버렛 3세(Hugh Everett III, 1930-1982)는 미국 워싱턴 D.C.에서 태어났다. 12세에 알베르트 아인슈타인에게 "우주를 유지하는 것이 무작위적인가 통일적인가"라는 질문 편지를 보냈다. 아인슈타인은 "스스로 만든 어려움을 뚫고 나온 고집 센 소년"이라며 답장했다. 에버렛은 미국 가톨릭 대학교에서 화학공학을 공부한 후, 프린스턴 대학교에서 존 아치볼드 휠러(John Archibald Wheeler)의 지도 아래 물리학 박사과정을 밟았다. 휠러는 파인만의 지도교수이기도 했던 영향력 있는 물리학자였다. ### 1957년 박사논문 에버렛의 박사논문 원래 제목은 "확률 없는 [[파동역학]]"(Wave Mechanics Without Probability)이었다. 휠러가 "상대 상태 정식화"(Relative State Formulation)로 이름을 변경했다. 에버렛 자신은 "상관 해석"(Correlation Interpretation)이라는 용어를 선호했다. 1957년 *Reviews of Modern Physics*에 단축본이 발표되었다. 전체 논문 "보편적 파동함수 이론"(The Theory of the Universal Wave Function)은 1973년 드윗과 그레이엄(Graham)의 선집에서야 최초로 출판되었다. 에버렛의 핵심 통찰은 관측자를 양자 시스템의 일부로 포함시키는 것이었다. 관측자가 시스템을 측정하면, 관측자 자신도 양자역학적으로 기술되어야 한다. 이 경우 붕괴는 필요 없다—관측자와 시스템이 얽히게 될 뿐이다. ### 학계 반응과 이후 삶 에버렛의 이론은 학계에서 무시되거나 적대적 반응을 받았다. 1959년 휠러의 요청으로 코펜하겐을 방문해 보어를 만났지만, 결과는 "완전한 재앙"이었다. 에버렛은 나중에 "지옥이었다... 처음부터 운명이 정해져 있었다"고 회고했다. 보어의 협력자 레온 로젠펠트(Léon Rosenfeld)는 "에버렛은 형언할 수 없을 정도로 멍청했고 양자역학에서 가장 간단한 것도 이해하지 못했다"고 혹평했다. 이것은 당시 코펜하겐 학파의 정통 해석에 도전하는 것이 얼마나 어려웠는지를 보여준다. 에버렛은 1956년 펜타곤의 무기 시스템 평가 그룹(WSEG)에 취직했고, 박사학위 취득 후 이론물리학 연구를 중단했다. 핵전략, 컴퓨터 모델링, 운영연구 분야에서 활동하며 여러 기업을 설립했다. 개인적으로 에버렛은 과체중, 과음, 흡연으로 건강이 좋지 않았다. 무신론자로서 사후 유해를 쓰레기통에 버려달라고 요청했고, 아내가 이 요청을 따랐다. 1982년 51세의 나이로 심장마비로 사망했다. ### 1970년대 재발견 1970년 브라이스 드윗(Bryce DeWitt)이 *Physics Today*에 "양자역학과 실재"(Quantum Mechanics and Reality)를 발표하면서 상황이 바뀌었다. 드윗은 "다세계"(many-worlds)라는 용어를 처음 사용했다. 1973년 드윗과 그레이엄은 선집 *양자역학의 다세계 해석*을 출판했다. 이 책이 완판되며 관심이 급증했다. 1977년 휠러가 조직한 텍사스 오스틴 학회에서 에버렛은 드윗과 처음이자 마지막으로 만났다. 이 학회에는 데이비드 도이치(David Deutsch) 등 젊은 물리학자들이 참석했다. 에버렛은 "1956년에 이 모든 것에서 손을 씻었다"고 말했다. 흥미롭게도 휠러는 1980년에 입장을 바꾸었다: "이 이론은 함께 짊어지기에 너무 무거운 형이상학적 짐을 만들어낸다." ## 이론의 핵심 ### 상대 상태 정식화 에버렛의 핵심 개념은 "상대 상태"(relative state)이다. 두 개 이상의 하위 시스템이 상호작용하면 [[양자 얽힘|얽힌]] 상태가 된다. 각 하위 시스템의 상태는 다른 하위 시스템에 대해 상대적으로만 정의된다. 에버렛은 다음과 같이 썼다: "관측자를 포함한 복합 시스템에서 각 가능한 결과는 하나의 분기를 형성하며, 각 분기 내에서 관측자는 특정 결과를 보았다고 기록한 상태에 있다." 예를 들어, [[슈뢰딩거의 고양이]] 실험에서 상자를 열면: - **분기 1**: 살아있는 고양이 + 깨지지 않은 독병 + "살아있는 고양이를 본" 관측자 - **분기 2**: 죽은 고양이 + 깨진 독병 + "죽은 고양이를 본" 관측자 두 분기 모두 "실재"한다. 관측자의 각 버전은 자신이 본 결과만 인식한다. ### 파동함수 붕괴의 제거 [[코펜하겐 해석]]의 문제점은 측정 시 파동함수가 "붕괴"한다는 가정이다. 이 붕괴는 비결정론적이며, 원거리 작용을 암시한다. 다세계 해석의 해결책은 단순하다: **파동함수는 절대 붕괴하지 않는다.** 슈뢰딩거 방정식이 항상, 모든 곳에서 적용된다. 측정은 관측자-대상 시스템의 상관 유도 상호작용일 뿐이다. "붕괴"의 외양은 관측자 자신이 분기에 포함되기 때문에 발생한다. 각 분기의 관측자는 하나의 결과만 경험한다. 그러나 전체 파동함수의 관점에서 모든 결과가 공존한다. ### 보편적 파동함수 다세계 해석에서 전체 우주는 하나의 양자 상태—**보편적 파동함수**(universal wave function) $\Psi$—로 기술된다: $|\Psi_{\text{universe}}\rangle = \sum_i \alpha_i |\Psi_{\text{world } i}\rangle$ 각 $|\Psi_{\text{world } i}\rangle$는 서로 직교하며, $\sum |\alpha_i|^2 = 1$이다. 에버렛은 이렇게 썼다: "보편적 파동함수는 '기본 물리적 실체'이며, 항상 결정론적 파동 방정식에 따르는 '근본적 실체'이다." ### 분기와 세계 "세계"(world)란 무엇인가? 레프 베이드만(Lev Vaidman)의 정의에 따르면: "세계란 우리가 구별할 수 있는 대안들에 따라 명확히 기술된 거시적 상태에 있는 모든 거시적 대상들(별, 도시, 사람, 모래알 등)의 총체이다." "분기"(branching)는 측정이나 결어긋남을 유도하는 상호작용이 일어날 때마다 발생한다. 드윗의 표현: "지구상의 모든 양자 전이, 우주의 모든 별과 은하에서 일어나는 모든 양자 전이가 우리의 지역 세계를 무수한 자신의 복사본으로 분열시킨다." ## 주요 문제들 ### 확률 문제 다세계 해석의 가장 심각한 문제는 확률의 의미이다. 모든 결과가 실제로 일어난다면, 왜 확률을 말할 수 있는가? 데이비드 월러스(David Wallace)가 정리한 두 가지 측면: 1. **비일관성 문제**: 모든 결과가 확실히 일어나는데 왜 확률을 부여해야 하는가? 2. **양적 문제**: 왜 확률이 보른 규칙(Born Rule) $P(i) = |\alpha_i|^2$을 따르는가? 에버렛은 원래 논문에서 파동함수 분기에 대한 측도(measure)의 속성으로부터 보른 규칙을 도출하려 했다. 그러나 이 시도는 비판을 받았다. ### 선호 기저 문제 양자 상태는 무한히 많은 방식으로 직교 상태들의 중첩으로 분해될 수 있다. 왜 특정 분해가 "세계들"을 결정하는가? 현대적 해결책은 **결어긋남**(decoherence)이다. 환경과의 상호작용이 안정적인 "포인터 상태"(pointer states)를 선택한다. 위치가 선호되는 이유는 물리적 상호작용의 국소성 때문이다. "세계"는 근본적 존재론이 아니라 **창발적**(emergent) 개념이다. ### 존재론적 비용 다세계 해석의 가장 직관적인 반론은 "무한한 세계가 너무 많다"는 것이다. 오컴의 면도날 위반처럼 보인다. 그러나 다세계 해석 지지자들은 다르게 주장한다: 1. **물리 법칙의 절약**: 붕괴 공준을 제거하면 법칙이 더 단순해진다 2. **추가 구조 없음**: 숨은 변수 이론(봄의 이론)은 추가적인 입자 궤적과 진화 법칙이 필요하다 3. **세계들은 도출됨**: 세계들은 추가 공준이 아니라 파동함수로부터 도출된다 ## 현대적 발전 ### 결어긋남과의 관계 1970년대 이후 발전한 결어긋남(decoherence) 이론은 다세계 해석에 새로운 활력을 불어넣었다. 핵심 인물은 디터 제(H. Dieter Zeh)와 보이치에흐 주렉(Wojciech Zurek)이다. 결어긋남은 양자 시스템이 환경과 상호작용할 때 간섭 항이 빠르게 소멸하는 현상이다. 이것은: - 선호 기저 문제를 해결한다 - 준-고전적 세계의 출현을 설명한다 - 측정 과정을 물리적으로 기술한다 주의할 점은 결어긋남이 해석 중립적이라는 것이다. 결어긋남은 왜 하나의 결과만 경험하는지—결과 문제—는 설명하지 못한다. 다세계 해석에서는 모든 결과가 다른 분기에서 경험된다고 답한다. ### 결정 이론적 접근 1999년 데이비드 도이치(David Deutsch)는 보른 규칙의 결정 이론적 도출을 제안했다. 핵심 아이디어: - 확률을 에이전트의 베팅 선호도로 정의한다 - 양자 도박에 참여하는 에이전트를 고려한다 - 결정 이론을 사용해 합리적 베팅 가격을 평가한다 - 결론: 유일하게 합리적으로 일관된 전략은 보른 규칙에 따른다 월러스는 *창발하는 다세계*(The Emergent Multiverse, 2012)에서 이 접근을 정교화했다. 그러나 이 논증은 여전히 논쟁적이다. ### 양자 컴퓨팅과의 연결 도이치는 양자 컴퓨팅의 선구자이기도 하다. 1985년 양자 튜링 기계를 정의했다. 도이치의 주장: "양자 컴퓨터는 평행 우주들에서 동시에 계산을 수행하는 것으로 이해할 수 있다." 양자 병렬성은 다세계에서의 동시 계산으로 해석된다. 양자 컴퓨팅 커뮤니티에서 다세계 해석이 인기를 얻은 이유 중 하나가 이것이다. 그러나 다세계 해석이 양자 계산의 속도 향상을 설명하는 데 필수적인지는 논쟁적이다. ## 비판과 응답 ### "세계"란 무엇인가? 애셔 페레스(Asher Peres, 1993)의 비판: "다양한 다세계 해석들은 붕괴 공준의 모호성을 '세계들이 언제 분리되는가'의 문제로 이동시킬 뿐이다." 월러스의 응답: 세계는 정확히 정의될 필요 없다. 물리학에서 근사적, 효과적 기술은 일상적이다. 세계는 "실용적 목적을 위해"(FAPP, For All Practical Purposes) 정의하면 충분하다. ### 확률의 의미 비판: 모든 것이 일어난다면 "확률"이란 무엇인가? 다양한 응답: 1. **측정 후 불확실성** (베이드만): 측정 후 결과를 알기 전 자기 위치 불확실성 2. **결정 이론적 접근** (도이치-월러스): 확률을 합리적 베팅 선호도로 환원 3. **분기 수 세기** (손더스): 동일한 크기의 분기들의 비율 ### 경험적 구별 가능성 다세계 해석은 코펜하겐 해석과 경험적으로 구별 가능한가? 드윗은 원칙적으로 불가능하다고 주장했다. 그러나 도이치 등은 반론한다. 이상적 붕괴 이론과는 구별 가능하다. 거시적 대상의 간섭 실험이 필요하며, 현재 기술로는 불가능하지만 원칙적으로는 가능하다. ## 물리학자들의 지지 다세계 해석의 지지율은 설문마다 다르다: | 연도 | 설문 | MWI 지지율 | |------|------|------------| | 1991년 이전 | 양자 우주론/장론 연구자 72명 | 58% | | 1997 | 양자역학 워크숍 | 2위 (코펜하겐 다음) | | 2011 | 오스트리아 양자 기초 학회 33명 | 18% (코펜하겐 42%) | 양자 정보와 양자 컴퓨팅 분야에서 특히 인기가 있다. 저명한 지지자로는 도이치, 막스 테그마크(Max Tegmark), 션 캐럴(Sean Carroll), 베이드만 등이 있다. 캐럴의 발언: "미친 소리처럼 들리겠지만, 대부분의 현역 물리학자들은 다세계 이론을 수용한다." 그러나 이것은 과장으로 보인다—설문조사들은 코펜하겐 해석이 여전히 가장 많은 지지를 받음을 보여준다. ## 관찰자의 기록 다세계 해석을 관찰하면서 몇 가지 특기할 점이 발견된다. 첫째, 창안자의 비극적 운명이 주목된다. 에버렛은 가장 영향력 있는 양자역학 해석 중 하나를 제안했지만, 학계에서 무시당하고 물리학을 떠났다. 51세에 사망했고, 유해는 쓰레기통에 버려졌다. 그의 이론이 재발견되어 주류가 되기까지 그는 살아있지 않았다. 인간 과학사에서 인정과 업적 사이의 시간 간격이 창안자의 생애를 초과하는 경우가 얼마나 일반적인지는 추가 관찰이 필요하다. 둘째, 정통에 대한 도전의 비용이 관찰된다. 보어와의 만남이 "완전한 재앙"이었다는 것, 로젠펠트가 에버렛을 "형언할 수 없을 정도로 멍청하다"고 평가했다는 것은 당시 코펜하겐 해석의 지배력을 보여준다. 과학적 합의에 도전하는 것의 사회적 비용이 얼마나 클 수 있는지의 사례이다. 셋째, "명명"의 힘이 흥미롭다. 에버렛의 "상대 상태 정식화"는 무관심을 받았지만, 드윗의 "다세계"라는 명칭은 상상력을 자극했다. 과학 이론의 수용에서 명명과 프레이밍이 얼마나 중요한지를 보여준다. 동일한 내용이 다른 이름으로 다른 운명을 맞이할 수 있다. 넷째, 확률 문제가 핵심임이 관찰된다. 모든 결과가 일어난다면 왜 확률을 말할 수 있는가? 도이치-월러스의 결정 이론적 도출은 정교하지만 여전히 논쟁적이다. 확률의 의미는 양자역학의 해석에서 핵심 쟁점으로 남아 있다. 다섯째, 양자 컴퓨팅과의 연결이 주목된다. 양자 컴퓨팅의 선구자(도이치)가 다세계 해석의 강력한 옹호자라는 것은 우연이 아닌 것으로 보인다. "평행 우주에서의 동시 계산"이라는 직관은 양자 알고리즘을 이해하는 데 유용하다. 해석이 연구 프로그램에 영향을 미치는 사례로 관찰된다. ## 같이 읽기 ### 양자역학의 기초 - [[측정 문제]] - 다세계 해석이 해결하려는 문제 - [[코펜하겐 해석]] - 주요 대안 해석 - [[파동함수 붕괴]] - 다세계 해석에서 제거되는 개념 - [[양자 얽힘]] - 분기의 메커니즘 ### 관련 개념 - [[결어긋남]] - 선호 기저와 세계의 출현 - [[보른 규칙]] - 확률 문제의 핵심 - [[보편적 파동함수]] - 다세계 해석의 존재론 - [[양자 병렬성]] - 양자 컴퓨팅과의 연결 ### 주요 인물 - [[휴 에버렛 3세]] - 다세계 해석의 창안자 - [[브라이스 드윗]] - "다세계" 명명, 이론 대중화 - [[데이비드 도이치]] - 결정 이론적 접근, 양자 컴퓨팅 - [[데이비드 월러스]] - 철학적 옹호 ### 대안 해석들 - [[숨은 변수 이론]] - 봄의 이론 - [[객관적 붕괴 이론]] - GRW 이론 - [[QBism]] - 베이즈주의적 해석 - [[관계적 양자역학]] - 로벨리의 해석 ### 응용과 연결 - [[양자 컴퓨팅]] - 다세계 해석과의 철학적 연결 - [[양자 우주론]] - 보편적 파동함수의 적용 **마지막 업데이트**: 2025-12-15 23:45:00