"보지 않으면 존재하지 않는다."
이 극단적인 표현은 양자역학의 핵심 중 하나인 ‘관측자 효과(observer effect)’ 를 직관적으로 요약한 말입니다. 고전 물리학에서는 물질의 상태가 독립적이고 객관적이라 여겼지만, 양자 물리학은 이 개념을 전복했습니다. 입자의 상태는 ‘관측’이 이루어지기 전까지 확정되지 않으며, 관측 그 자체가 상태를 바꾼다는 이론은 수많은 논쟁과 철학적 질문을 낳았습니다.
그렇다면 이 물리학적 현상은 뇌와 인지에 어떤 의미를 가질까요? 인간의 뇌도 ‘관측자’로서, 외부 세계를 인식함으로써 그 실재성을 구성하는 존재일까요? 나아가, 뇌 자체도 관측자 효과의 영향을 받을 수 있는가? 이 질문은 뇌과학, 양자물리학, 철학을 가로지르는 심오한 주제입니다.
관측자 효과란 무엇인가?
양자역학에서 관측자 효과는 입자의 파동함수가 측정을 통해 붕괴(collapse) 되는 현상을 말합니다. 대표적으로 이중 슬릿 실험(double slit experiment) 이 이를 설명하는 데 자주 사용됩니다.
입자가 두 개의 슬릿을 통과할 때, 관측하지 않으면 파동처럼 간섭무늬가 나타나지만, 관측을 하게 되면 입자가 어느 슬릿을 통과했는지가 명확해지면서 간섭무늬가 사라지고 입자처럼 행동합니다. 관측, 혹은 정보의 존재 그 자체가 입자의 행동을 바꾸는 것입니다.
이 실험은 단순히 입자 물리학에 국한되지 않고, ‘관측이 실재를 구성한다’는 철학적 물음으로 확장되었습니다.
뇌는 단순한 수용체인가, 실재의 창조자인가?
뇌는 끊임없이 외부 세계를 해석하고, 의미를 부여하며, 정보를 선택적으로 처리합니다. 이 과정에서 우리는 현실을 '있는 그대로' 보는 것이 아니라, 뇌가 필터링한 현실을 인지하게 됩니다. 이처럼 뇌는 단순한 수용체가 아니라, 능동적으로 실재를 ‘만드는 관측자’라고 할 수 있습니다.
인지과학에서는 이를 구성주의적 인식론(constructivist epistemology)이라고 부르며, ‘모든 인식은 뇌가 구성한 모델’이라는 관점을 제시합니다. 따라서 현실은 외부에서 주어진 것이 아니라, 우리 내부에서 생성된 것일 수도 있습니다.
뇌도 양자적 시스템인가?
그렇다면 뇌는 관측 대상이 아닌 관측자이자 양자 시스템일 수 있을까요? 일부 과학자들은 뇌 내 미세소관(microtubule) 구조에서 양자효과가 일어날 수 있다고 주장합니다. 이는 양자 의식 이론(Orch-OR theory) 으로 알려져 있으며, 로저 펜로즈와 스튜어트 해머로프가 제안했습니다.
이 이론에 따르면, 뇌는 단순한 신경 회로 이상의 구조를 갖고 있으며, 양자 상태의 중첩과 붕괴가 인지와 의식 형성에 기여할 수 있다는 것입니다. 특히 수많은 뉴런 사이의 상호작용과 감각 정보의 해석 과정이 양자적인 ‘불확정성’과 ‘결정’의 연속이라면, 뇌는 자신의 현실을 스스로 관측하고 결정짓는 시스템일지도 모릅니다.
인식은 곧 선택이다: 가능성과 현실의 경계
우리가 어떤 사물을 ‘본다’는 행위는 단순히 광자가 망막을 자극하는 과정이 아닙니다. 그 안에는 수많은 해석, 선택, 패턴 인식이 포함되어 있습니다. 뇌는 그 모든 정보를 무의식적으로 필터링하고, 특정한 현실을 선택적으로 인식합니다.
이러한 선택 행위는 마치 양자적 중첩 상태에서 ‘하나의 현실이 붕괴되는 과정’과도 유사합니다. 즉, 인식은 곧 가능성의 수렴이며, 실재의 선택인 것입니다.
철학자 칸트는 인간은 ‘물자체(Ding an sich)’를 알 수 없고, 오직 현상(appearance) 만을 인식할 수 있다고 했습니다. 이 개념은 오늘날 양자역학과 인지과학의 교차점에서도 다시 등장하고 있습니다.
뇌는 관측자 효과를 겪는가?
이제 다시 처음 질문으로 돌아가 보겠습니다. 뇌는 관측자 효과를 겪는가?
현재로선 뇌가 실제로 양자역학적 시스템으로 작동한다는 실증적 증거는 명확하지 않습니다. 하지만 적어도 인지적 관점에서, 뇌는 관측에 의해 실재를 구성하고, 선택적으로 현실을 ‘확정’하는 역할을 수행합니다. 이 과정은 양자 관측과 유사한 패턴을 보입니다.
따라서 우리는 다음과 같은 가설적 결론을 내릴 수 있습니다:
- 뇌는 물리적으로 양자적 관측자는 아닐 수 있으나, 인식론적으로는 실재를 결정하는 관측자다.
- 실재는 객관적이라기보다는, ‘관측자에 따라 정의되는 상대적 개념’ 일 가능성이 있다.
결론: 실재란 무엇인가, 뇌란 누구인가?
뇌는 단순한 감각 처리 기계가 아닙니다. 그것은 정보를 선택하고, 의미를 부여하며, 실재를 결정하는 메타관측 시스템입니다. 이러한 뇌의 기능은 양자역학에서 말하는 ‘관측자 효과’와 철학적으로 유사한 지점을 공유합니다.
우리는 세상을 관찰함으로써 실재를 경험하지만, 동시에 그 경험 자체가 우리가 만든 실재일지도 모릅니다. 뇌는 그 경계를 인지하고, 넘나들 수 있는 유일한 도구입니다. 그리고 그 뇌는 매 순간, 우주 속에서 가장 정교한 ‘관측자’ 역할을 수행하고 있습니다.