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컴퓨터와 ‘폰 노이만 구조’, 게임이론과 양자역학,
맨해튼 프로젝트와 대륙간탄도미사일, 오토마타 이론과 AI까지
20세기 숨 막히는 과학사 속 어느 비범한 천재의 눈부신 일대기

“인생 전체가 20세기 과학사,
지금 우리는 폰 노이만의 설계대로 살고 있다!”

★ 아마존 영국, 미국 과학 분야 1위 ★
★ 2022 《파이낸셜 타임스》 올해의 책 선정 ★

우리가 매일 사용하는 스마트폰과 디지털 컴퓨터, 전 세계에 드리워진 핵전쟁의 지정학과 빠르게 진화하는 인공지능(AI)은 물론 자기복제 우주선까지, 21세기 삶의 토대가 된 굵직한 아이디어들이 모두 한 천재 과학자의 머릿속에서 시작됐다는 사실을 아는가? 그 주인공은 역사상 가장 영향력 있는 과학자 중 한 명인 존 폰 노이만(John von Neumann)이다.
1903년 부다페스트에서 태어난 그는 8살에 미적분을 마스터하고, 양자역학의 수학적 기초를 다지는 데 기여했으며, 로버트 오펜하이머의 요청으로 ‘맨해튼 프로젝트(Manhattan Project)’와 원자폭탄의 설계에 핵심적 역할을 했다. ‘게임이론’으로 냉전시대 지정학과 현대 경제 이론의 기초를 세우는 데 기여했을 뿐 아니라 최초의 프로그래밍 가능한 디지털 컴퓨터 ‘EDVAC’을 만들어 ‘현대 컴퓨터의 아버지’가 되었으며, 자기복제기계의 잠재력을 예언하기도 했다. 프린스턴 고등연구소(IAS) 시절, 동료들은 그를 당대의 천재로 꼽히던 아인슈타인과 괴델을 제치고 ‘세상에서 가장 빠른 두뇌’라고 불렀다.
저자 아난요 바타차리야는 아인슈타인이나 리처드 파인만에 비해 역사적으로 덜 알려진 존 폰 노이만의 드넓은 학문적 성과와 그가 인류에 공헌한 업적을 재평가하는 동시에, 그 자체로 흥미로운 스토리텔링을 통해 20세기 과학사를 생생하게 구현해냈다. 노이만을 중심으로 ‘20세기 과학기술의 벨 에포크(belle epoque) 시대’를 수놓은 천재들의 지적 교류와 창발의 파노라마가 펼쳐진다.

폰 노이만, 현대 사회를 규정짓는 거의 모든 영역에서 만나는 이름
- 어느 비범한 과학자의 삶을 통해 바라본 혁명적인 20세기 과학사, 그 생생한 이야기

“인공지능”은 기술적 도전의 영역일까, 사회적 도전의 영역일까? 최근 몇 년 사이 급격히 성장한 인공지능의 충격은 단순히 산업계에 머물지 않았다. 스스로 학습하는 능력을 갖춘 인공지능은 과학과 R&D, 예술, 의학, 법학, 군사, 심지어 요리 등 영역을 가리지 않고 그 영역을 확장하고 있다. 이러한 변화의 기원을 거슬러 올라가다 보면 만나는 사람이 있다. 바로 존 폰 노이만이다.
폰 노이만은 정의하기 힘든 인물이다. 수학자이자 물리학자이며 대학에서는 화학을 공부했다. 10대 때부터 20세기 수학의 여러 난제를 해결했고, 양자역학에 중요한 정리들을 발견했으며, 맨해튼 프로젝트에 참여해 핵무기 개발에 관여했고, 그 과정에서 컴퓨터의 탄생에 기여했다. 게임이론을 낳아 현대 경제와 사회를 바라보는 시각을 완전히 바꾸었으며, 생명의 논리를 찾아 스스로 생각하고 복제하는 기계의 시원을 설계하기도 했다. 그는 기계가 인간의 능력을 뛰어넘는 시점을 가리키는 “특이점(singularity)”이라는 용어를 처음으로 사용했으며, “컴퓨터과학과 신경과학이라는 두 분야를 통합시켰”고(레이 커즈와일), 분자생물학의 이론적 기초를 마련했다. 이처럼 현대 사회를 규정하는 거의 모든 영역에서 그의 이름을 만날 수 있기 때문인지, 세계적인 인지철학자 대니얼 데닛은 “20세기 후반의 사상사에서 이루어진 중요한 진보 중 폰 노이만을 ‘~의 아버지’라고 부르지 않을 수 있는 분야가 있을지 의심스럽다”고도 했다.

폰 노이만의 삶은 한 세기의 과학사 전체를 관통한다
- 단순한 한 인간의 일대기가 아닌, 20세기 문명사 전반을 꿰뚫는 선지자의 발자취

이 책 『미래에서 온 남자 폰 노이만』은 15년간 학술지 《네이처》 등에서 선임 편집자를 지낸 과학 저널리스트 아난요 바타차리야가 존 폰 노이만의 삶과 그의 학문적 성과, 그리고 그가 인류에 공헌한 업적을 정리한 책이다. 이 책의 가장 큰 장점은 단순히 폰 노이만이라는 한 과학자의 일대기를 추적하기만 한 것이 아니라 폰 노이만의 이야기와 함께 20세기 문명사 전반을 탐사할 수 있도록 이 책을 구성했다는 것이다.
저자는 양자역학에 대한 폰 노이만의 기여를 설명할 때는 양자역학의 탄생부터 주요 이슈 등을 함께 정리했고, 맨해튼 프로젝트에서 폰 노이만이 어떤 역할을 했는지 기술하기 위해 핵분열과 핵융합의 원리부터 이를 무기에 활용하는 매커니즘, 그리고 맨해튼 프로젝트와 고등연구소, 이후의 RAND 연구소까지, 세계대전 시기와 냉전 시대에 이루어진 수많은 과학적 진보도 함께 살펴보았다.
컴퓨터의 시대의 탄생을 예고한 노이만의 활약을 이야기할 때는 ‘자동 계산 기계’라는 개념의 등장부터 ENIAC의 탄생과 한계, 그리고 그것을 극복해 최초의 프로그램 가능한 컴퓨터인 EDVAC에 이르기까지의 역사를 함께 제시한다. 20세기 초 경제학이라는 학문이 탄생하고, 그에 대한 과학적 접근법이 등장하는 과정에서 노이만이 미친 영향력은 게임이론이라는 새로운 개념의 탄생으로 이어졌고, 이 책은 그 모든 과정을 상세하게 풀이한다.

컴퓨터 개발에서 21C 인공지능 개념이 싹 텄다
- 수학, 물리학의 비약적 발전에서 원자폭탄, 컴퓨터, 인공지능의 혁명적 발견까지

노이만은 단순한 계산 기계를 현대적 개념의 컴퓨터로 개발하는 과정에서 인공지능의 개념을 탄생시켰다. 그 후 오토마타 이론을 개발해 스스로 자신을 복제하는 자기복제기계의 아이디어를 제시했고, 이것은 이후 인공지능과 기계학습, 나아가 인공 합성생명의 탄생으로 이어지게 되었다. 저자는 앨런 튜링과 노이만의 만남부터 ENIAC 프로젝트의 진행 과정과 한계, 노이만이 제시한 오토마타 이론이 이후 다른 과학자들과 만나 어떤 식으로 펼쳐졌는지를 상세하기 기술한다.
그리하여 이 책은 폰 노이만이라는 한 인물의 발자취를 시간 순서에 맞춰 따라가지만, 실상 이 책에 담겨 있는 것은 20세기 문명사 전체라고 할 수 있다. 20세기 초반에는 수학과 물리학의 비약적인 발견이 이루어졌고, 곧이어 두 차례의 세계대전이 닥치면서 인류는 이때 이루어진 과학적 성취를 바탕으로 지표면의 거의 모든 생명체를 멸절시킬 수 있는 무기를 개발했다. 열핵전쟁의 시기가 지나고 냉전 시대가 왔을 때 인류는 경제라는 무기를 활용하기 위해 그 이론을 더욱 치밀하고 정교하게 다듬었다. 고도화된 산업사회에 필요한 것은 뛰어난 계산 능력을 갖추었으며 명령 없이도 스스로 판단하고 결정할 수 있는 기계였다. 이것은 컴퓨터의 발전, 나아가 인공지능의 등장으로 이어졌고, 21세기를 결정짓는 분야로 성장했다. 이처럼 노이만의 과학은 그가 제시한 자기복제기계처럼 끊임없이 확산되고, 복제되고, 진화를 거듭했다.

오직 생각하는 것만이 유일한 즐거움인 사람
- 완벽한 천재 혹은 미숙한 인간? 대체 폰 노이만은 어떤 사람인가

수많은 연구와 업적을 제외하고, 폰 노이만에 대한 인간적인 평가는 어느 정도 일치한다. 지나칠 정도로 합리적인 사람이며 인간관계에서는 미숙하기 그지없는 사람이라는 것이다. 폰 노이만의 외동딸 마리나는 그가 “냉소적인 과학자와 자상한 남자”의 모습을 모두 지녔으며, 내면에서 상반된 두 캐릭터가 항상 치열하게 싸움을 벌였고, 그 와중에 겉으로는 가능한 한 관대하고 명예롭게 보이고 싶어 한 “자연의 커다란 수수께끼” 같은 사람이었다고 이야기한다.
노이만은 공부 외에 신체 활동에는 관심도 없고 재능도 없었다. 악기 연주 실력이 형편없었고, 운동을 극도로 싫어해 두 번째 부인이 스키를 타러 가자고 했을 때 한 치의 망설임도 없이 “이혼하자”고 했다고 한다. 또 체스 게임에서 반드시 승리하는 법을 개발했으면서도 정작 체스 실력은 중급 이상을 넘지 못했다고 한다. 운전을 좋아했지만 실력이 좋지는 못해서 1년에 한 번씩 차를 바꿔야 했다. 차가 1년 만에 고철로 변해버렸기 때문이다. 프린스턴에 지낼 당시 그가 자주 사고를 냈던 곡선도로에 “노이만 코너”라는 별명이 붙을 정도였다고 한다.
노이만에 대한 주변인들의 평가에는 한 가지 공통점이 있다. 바로, 그가 생각(사고)을 누구보다 좋아한 사람이라는 것이다. “오직 생각하는 것만이 유일한 즐거움인 사람”(에드워드 텔러)이자 “중증의 사고 중독자”(피터 랙스)였으며, “그때 레고 블록이 있었다면 레고로 컴퓨터를 만들었을”(마리나 폰 노이만) 사람이다. “무질서하고 불합리한 세상에 질서와 합리성을 부여하려는 열망”을 간직한 그는 “이 세상 모든 문제를 수학적 논리 문제로 변환하는 탁월한 능력”(프리먼 다이슨)을 갖추었으며, 이를 바탕으로 “대부분의 수학자가 증명 가능한 것을 증명하는데, 그는 자신이 원하는 것을 증명”(로자 피터)한 사람이기도 하다.

동시대를 수놓은 위대한 천재들의 교류와 창발의 파노라마
- 아인슈타인, 괴델, 오펜하이머에서 노이만의 두 번째 부인 클라라 댄까지

쿠르트 괴델, 에르빈 슈뢰딩거, 알베르트 아인슈타인, 리처드 파인먼, 에드워드 텔러, 오스카 모르겐슈테른, 베른하르트 리만, 로버트 오펜하이며, 앨런 튜링, 존 내시, 로이드 섀플리, 다비트 힐베르트 등 이 책을 읽다 보면 우리에게 친숙한 수많은 사람들의 이름을 만나볼 수 있다. 이 책에는 각 분야에서 놀라운 업적을 쌓은 이들과 노이만의 개인적인 관계와 사연이 흥미진진하게 소개된다.
이 책의 저자 아난야 바타차리야는 이미 널리 알려진 유명한 인물들만큼이나 사람들에게 널리 알려지지 않은 한 사람, 바로 노이만의 두 번째 부인인 클라라 댄의 삶에도 주목했다. 저자는 ”지구에서 가장 똑똑한 사람과 결혼하면서 생긴 부작용“ 탓에 자기 자신을 과소평가하던 클라라의 업적을 자세히 소개했다. 클라라는 당시 대부분의 여성처럼 대학 공부를 해본 적이 없는 평범한 사람이었다. 1938년 겨울에 결혼한 둘은 미국의 프린스턴으로 건너와 생활했다. 그녀는 전쟁 기간 동안 우연히 프린스턴 대학교 인구조사국에서 일하며 능력을 인정받아, 이후 사실상 인류 역사상 최초의 코더(coder, 프로그래머)로 활동하며 ENIAC의 수치 처리 능력을 최대한으로 발휘하여 핵폭탄 안에서 사방으로 퍼져나가는 중성자의 궤적을 계산하는 몬테카를로 프로그램을 개발했다.
이처럼 폰 노이만과 지적으로 교류하고 새로운 지식과 사상을 혁명적으로 만들어나간 이들의 이야기를 읽다보면 자연스레 20세기의 문명사가 파노라마처럼 펼쳐진다. 그간 아인슈타인이나 파인먼, 오펜하이머에 비해 덜 조명된 그의 삶의 궤적을 밟아가며 ‘미래에서 온 남자’ 폰 노이만을 제대로 평가하고 그가 만든 21세기를 새롭게 누려보기를 바란다.

파이낸셜 타임스
이 책은 20세기 가장 영리하고 예측 불가능하며 궁극적으로 위험한 수학자 중 한 명에 대한 훌륭한 전기이다.

데이비드 보더니스(『E=mc²』의 저자)
바타차리야는 뛰어난 솜씨로 존 폰 노이만을 알베르트 아인슈타인이나 로버트 오펜하이머처럼 더 잘 알려진 거장들과 동등한 반열에 올려놓는 데 성공했다. 그는 뛰어난 이야기꾼이다!

존 그리빈(『슈뢰딩거의 고양이를 찾아서』의 저자)
오늘날 우리의 모든 삶에 영향을 미치는 20세기 과학의 발전에 관심이 있다면 이 책보다 더 좋은 정보를 찾을 수 있는 곳은 없을 것이다. 이 책은 존 폰 노이만의 천재성과 과학에 대한 그의 공헌에 대한 훌륭한 헌사다.

필립 볼(《네이처》 편집 고문, 『원소』의 저자)
품위와 대중성을 희생하지 않으면서도 시종일관 명확하고 신중하게 서술된 이 전기는 20세기 과학사의 전설적인 인물에게 합당한 대우를 해준다. 노이만은 실제로 미래를 설계했고, 우리는 지금 그의 설계대로 살아가고 있다.

허준이(수학자, 프린스턴대 수학과 교수)
20세기의 돌풍 속에서 시대를 초월한 도전을 펼쳤던 존 폰 노이만의 삶은 우리에게 인류의 지성과 잠재력을 다시 생각하게 만든다. 만약 그가 현 시대를 살고 있다면 어떤 미래를 꿈꾸었을지 이 책과 함께 상상해보기를 권한다.

정재승(뇌공학자,『과학 콘서트』, 『열 두 발자국』의 저자)
21세기 현대 문명을 만들어내는데 결정적인 기여를 한 ‘미래에서 온 과학자’를 꼽자면 과연 누굴까? 딱 한 명이 떠오르는데, 이견 없이 ‘존 폰 노이만’이다. 오늘날 현대 문명이 어디서 누구로부터 비롯됐는지 그 기원을 찾고 싶다면 이 책을 꼭 읽어야 한다. 존 폰 노이만은 21세기의 우리가 어떻게 일상을 살아가게 될지 선명하게 상상한 유일한 20세기 인간이었을지 모른다.

ㆍ 추천의 글 ㆍ 한국어판 서문

서문 폰 노이만, 인간 이상의 인간
1장 부다페스트의 수학 천재 - 헝가리 현상의 비밀
2장 무한대를 넘어서 - 수학을 위기에서 구한 10대 소년
3장 양자역학의 시대를 열다 - 신은 어떤 식으로 주사위 게임을 하는가?
4장 맨해튼 프로젝트와 핵전쟁 - 인류의 멸망을 예고하는 묵시록
5장 컴퓨터의 탄생 - ENIAC에서 애플까지, 세상을 바꾼 계산기계
6장 게임이론이라는 혁명 - 인간과 사회를 보는 시선을 뒤집다
7장 게임이 된 전쟁 - RAND 연구소와 전쟁의 과학
8장 생명의 논리를 찾아 - 스스로 복제하는 기계와 마음을 만드는 기계
에필로그 노이만, 그는 어떤 미래에서 왔는가?

ㆍ주 ㆍ감사의 글 ㆍ옮긴이의 글
ㆍ참고문헌 ㆍ이미지 출처 ㆍ찾아보기

코딱지만 한 나라에서 어떻게 걸출한 수학자와 과학자가 그토록 많이 배출될 수 있었을까? 그 비결은 화성인들 사이에서도 의견이 분분했지만, 한 가지 가설에는 모두 동의하는 분위기였다. “우리가 화성인이라면, 우리 중 하나는 아예 다른 은하에서 온 별종 중의 별종이다.” 1963년에 노벨 물리학상을 수상한 헝가리 태생의 미국인 물리학자 유진 위그너는 이 수수께끼 같은 ‘헝가리 현상’에 대한 질문을 받았을 때 이렇게 대답했다. “그런 것은 없습니다. 헝가리 사람도 다른 나라 사람들과 비슷해요. 단, 설명이 필요한 딱 한 사람이 있는데, 그가 바로 존 폰 노이만입니다.” _ 1장 부다페스트의 수학 천재(23쪽)

노이만은 희한하기 그지없는 양자역학에 별다른 적개심을 갖지 않았다. 말끝마다 트집을 잡았던 아인슈타인보다는 훨씬 너그러웠다. 단지 노이만은 양자역학의 저변에 깔려 있는 이중성이 어떤 모순을 낳는지 알고 싶을 뿐이었다. 다행히도 이중성은 아무런 모순도 낳지 않았다. 양자계와 고전계의 경계선을 어디에 설정하건, 관측자가 얻는 답은 항상 같았던 것이다. 그리하여 노이만은 이 경계선을 관측자의 몸 안 깊숙한 곳, 심지어는 자각이 일어나기 바로 직전까지(그곳이 어디이건) 옮길 수 있다고 결론지었다. 이 경계는 오늘날 ‘하이젠베르크 절단선’으로 알려져 있는데, 좀 더 공정하게 말하면 ‘하이젠베르크-노이만 절단선’으로 불러야 옳다. _ 3장 양자역학의 시대를 열다(100쪽)

노이만은 연구 시간 중 거의 3분의 1을 폭탄 개발에 할애했다. 아마도 그는 로스앨러모스에 갇히지 않고 자유롭게 오갈 수 있는 연구원 중 유일하게 모든 것을 아는 사람이었을 것이다. 그가 로스앨러모스로부터 러브콜을 받았을 때 육군과 해군은 탄도학과 충격파에 관한 그의 연구가 자신들에게도 필요하다고 강력하게 주장했다. 그래서 노이만의 이론적 연구는 워싱턴에 있는 국립과학아카데미(NAS)의 보안사무실에서 삼엄한 경비하에 진행되었으며, 소규모 폭파 실험은 매사추세츠에 있는 우즈홀에서 역시 비밀리에 실행되었다.
_ 4장 맨해튼 프로젝트와 핵전쟁(167쪽)

ENIAC은 단 하나의 목적을 위해 태어난 전쟁 기계였다. 그러나 전쟁이 끝나고 다른 용도가 부각되자 기계의 존재 이유가 가장 큰 단점으로 떠올랐다. 프로젝트 팀원 중 이 문제를 가장 정확하게 간파한 사람은 노이만이었다. 팀원뿐만 아니라, 그만큼 잘 아는 사람은 이 세상에 존재하지 않았을 것이다. 더욱 중요한 것은 “프로그램을 수시로 바꿀 수 있는 유연한 컴퓨터”의 설계도가 이미 노이만의 머릿속에 그려지고 있었다는 점이다. ENIAC 운영팀은 프로젝트를 진행하는 동안 나름대로 기계의 단점을 인식하고 해결책을 물색해왔는데, 여기에 노이만이 합류하여 날개를 단 셈이 되었다. _ 5장 컴퓨터의 탄생(209쪽)

노이만은 불가능하다고 여겨졌던 것을 가능하게 만들었다. 인간의 막연한 욕망과 편애적 성향에 숫자를 할당하는 엄밀한 방법을 개발한 것이다. 『게임이론』이 출간되고 60여 년이 지난 2011년에, 노벨 경제학상 수상자인 대니얼 카너먼은 이 책을 가리켜 “사회과학 역사상 가장 중요한 이론이 담긴 책”이라고 했다. 『게임이론』이 출간된 후 이론의 핵심인 ‘효용이론’과 ‘합리적 계산’의 개념은 상아탑을 넘어 모든 분야로 빠르게 퍼져나갔다.
_ 6장 게임이론이라는 혁명(299쪽)

처음에 노이만은 RAND에서 게임이론을 개선하는 데 집중했다. 1947년에 윌리엄스가 편지를 통해 “한동안 게임이론의 응용에 주력할 것”이라는 뜻을 밝혔을 때, 노이만은 매우 긍정적인 답장을 보내왔다. “당신이 열성적으로, 그리고 성공적으로 추진해온 게임이론 프로젝트는 제게도 매우 커다란 관심사입니다. 이 점에 관해선 두말하면 입이 아플 정도지요.”26 노이만은 RAND의 수학자들이 제출한 게임이론 보고서를 면밀히 살펴보았다. 그가 이전에 출간했던 책에서는 주로 2인 게임과 n-게임의 해를 찾는 데 주력했었지만, 이제 노이만의 관심은 이론적 해를 찾는 것보다 실질적인 해를 계산하는 쪽으로 옮겨간 상태였다.
_ 7장 게임이 된 전쟁(355쪽)

노이만의 세포 오토마타는 이 분야에 등장한 모든 이론의 씨앗이 되었으며, 생명을 창조하겠다고 나선 용감한 개척자들에게 번뜩이는 영감을 불어넣었다. 그가 끝내 완성하지 못한 운동형 오토마타도 결실을 맺었다. 존 케메니가 노이만의 아이디어를 일반 대중에게 소개한 직후에 한 무리의 과학자들이 그와 같은 장치를 컴퓨터가 아닌 현실 세계에 구현한 것이다. 그러나 이들이 만든 장치는 생명체처럼 부드러운 재질이 아니라, 주로 볼트와 너트로 이루어진 딱딱한 기계였다. 나노기술의 선구자인 에릭 드렉슬러는 이 장치를 ‘덜컹대는 복제기’라 불렀다. _ 8장 생명의 논리를 찾아(466쪽)

노이만의 몸을 잠식하던 암이 어느새 뇌까지 도달했다. 그는 잠결에 헝가리어로 잠꼬대를 했고, 병실을 지키던 군인들을 불러서 “본부에 급히 전할 메시지가 있다”며 알아들을 수 없는 말을 중얼거리기도 했다. 지구에서 가장 예리했던 한 사람의 지성은 그렇게 서서히 저물어갔다. 마지막 순간에 노이만은 마리나에게 “7+4” 같은 단순한 산수 문제를 내달라고 부탁했는데, 마리나가 던진 몇 개의 문제에 노이만은 하나도 답하지 못했고, 더 이상 참을 수 없었던 마리나는 눈물을 흘리며 병실 밖으로 뛰어나갔다.
_ 8장 생명의 논리를 찾아(493-494쪽)