우주는 정말로 “더 똑똑해지고” 있는 걸까? 『시간의 두 번째 화살』 뒤에 숨은 과학적 대논쟁 해석
안녕하세요, 여러분의 금융 저널리스트이자 경제학자입니다. 오늘 우리가 이야기할 책은 조금은 신비로워 보일 수 있습니다 — 『시간의 두 번째 화살』이지만, 그 핵심 질문은 매우 현실적입니다: 왜 이 세상은 점점 더 복잡해지는 걸까, 아니면 혼란스러워지는 걸까?
먼저 예를 들어보겠습니다. 모래를 던지면, 땅에 내려앉았을 때는 엉망진창의 모래 더미가 됩니다 (무질서); 하지만 모래, 시멘트, 철근을 설계대로 조립하면 건물이 됩니다 (질서). 물리학은 우주의 대체로의 추세가 “엔트로피 증가”라고 말합니다. 즉, 질서에서 무질서로 나아가는 것입니다. 마치 새 신발은 닳고, 낙엽은 썩는 것처럼 말이죠.
하지만 우주를 보세요: 빅뱅 이후의 단순한 가스에서부터 별들 속에서 탄소와 산소가 생성되고, 지구에서는 생각할 수 있는 인간의 뇌가 생겨났습니다. 이것은 분명히 “무질서에서 질서로” 나아가는 것입니다!
카네기 과학 연구소의 두 과학자 로버트 하슨과 마이클 황은 이러한 현상의 배경에 새로운 자연 법칙이 작용하고 있을 수 있다고 주장합니다. 그들은 이를 “기능 정보 증가 법칙”이라고 부릅니다. 간단히 말해, “유용한 구조는 보존되어 시스템을 점점 더 복잡하게 만든다”**는 것입니다.
이 책은 200페이지도 안 되지만, 과학계에서 큰 논쟁을 불러일으켰습니다. 이제 저는 다섯 가지 측면에서 이 “우주의 운명”에 대한 논쟁을 쉽게 설명해 드리겠습니다.
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1. 핵심 견해: 돌도 “진화”하고, 우주는 “자가 조립”되고 있을 수 있다
먼저, 이 두 저자가 무엇을 말하는지 명확히 해야 합니다.
보통 우리는 “진화”를 생물의 것으로 생각합니다. 예를 들어 공룡이 새로, 원숭이가 인간으로 변하는 것처럼 말이죠. 하지만 하슨과 황은 그렇지 않다고 말합니다. 돌도 진화한다고 합니다.
- 증거는 광물입니다: 우주가 탄생했을 때는 단 하나의 광물(다이아몬드)만 있었습니다. 그 후 별들이 폭발하면서 원소들이 재조합되어 25가지의 새로운 광물이 생겨났습니다. 지구에 오면서 광물의 종류는 6,000가지 이상으로 늘어났습니다.
- 논리는 “선택”입니다: 모든 광물 조합이 안정적으로 존재하는 것은 아닙니다. 대부분은 쉽게 부서지지만, 구조가 안정적이고 환경의 압력을 견딜 수 있는 광물만이 남습니다.
- 결론: 이러한 “자연선택” 과정은 생물계에서는 “자연선택”이라고 하고, 광물계에서는 “안정성 선택”이라고 합니다. 저자들은 어떤 시스템이 세 가지 조건(많은 가능한 조합, 새로운 조합의 생성, 선택 메커니즘)을 충족한다면, 그 시스템은 자발적으로 더 복잡해지고 “기능적”이 될 것이라고 생각합니다.
쉽게 이해하자면: 인터넷에서 물건을 살 때, 수많은 상품 중에서 품질이 좋고 가성비가 높은 상품만이 사람들에게 선택되어 진열대에 남습니다. 결국, e커머스 플랫폼의 상품 구조는 점점 더 최적화됩니다. 저자들은 우주도 이러한 방식으로 “선택”을 통해 더 체계적으로 변하고 있다고 생각합니다.
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2. 이론의 기초: “기능 정보”란 무엇을 측정하는가?
“우주가 복잡해지고 있다”는 것을 증명하려면 “복잡성”이나 “질서”를 측정할 수 있는 기준이 필요합니다. 저자들이 사용한 기준은 “기능 정보”입니다.
이 개념은 노벨상 수상자 잭 쇼스타크에서 유래했습니다. “기능 정보”를 어떻게 이해할 수 있을까요?
- 예를 들어: 특정 자물쇠를 열 수 있는 열쇠를 찾는다고 가정해 봅시다.
- 아무 열쇠로나 열 수 있다면, 그 자물쇠의 “기능 정보”는 낮습니다 (너무 쉽기 때문에 특별하지 않습니다).
- 1억 개의 열쇠 중에서 단 하나만이 열 수 있다면, 그 열쇠의 “기능 정보”는 매우 높습니다 (수많은 가능성 중에서 우승했기 때문입니다).
- 과학에서: 쇼스타크는 실험실에서 RNA 조각을 선별하는 과정에서, 선별 횟수가 늘어날수록 특정 기능을 수행하는 RNA 조각이 점점 더 드물어지지만, 그들의 “기능 정보”는 증가한다는 것을 발견했습니다.
- 광물에서: 하슨 팀은 지구 역사상의 광물들도 시간이 지남에 따라 “기능 정보”가 증가했다고 주장합니다. 즉, 후기의 광물들이 초기의 광물들보다 “안정성”이라는 기능에서 더 “독특하고” “귀중하다”고 합니다.
중요한 점: 저자들은 이러한 “기능 정보”的 증가가 우연이 아니라 필연적이라고 생각합니다. 이것이 그들이 말하는 “두 번째 화살”입니다. 열역학 제2법칙(엔트로피 증가)이 시간이 앞으로 나아가는 첫 번째 화살이라면, 기능 정보 증가는 두 번째 화살로, “복잡성”과 “질서”를 향하고 있다는 것입니다.
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3. 내부 모순: 두 “반대파”는 왜 내전을 벌이는가?
과학계에서는 “엔트로피 증가 속에서 어떻게 질서가 나타나는가”에 대한 논쟁이 오랫동안 있었습니다. 이전에는 에너지가 공급되면(예: 태양이 지구를 비추면) 부분적인 질서가 생기는 것은 이상하지 않다고 생각했습니다(셰르딩거와 프리고진의 이론). 하지만 하슨과 황은 이것만으로는 충분하지 않다고 생각하고, 새로운 법칙을 세우고자 합니다.
그러나 이 “정통에 도전하는” 진영 안에도 “조립 이론”이라는 새로운 이론을 제안하는 사람들이 있습니다(리 크로닝과 샐라 워커가 제안함).
- 조립 이론: “조립 지수”를 사용하여 복잡성을 측정합니다. 간단히 말해, “이 물건을 만드는 데 필요한 단계가 몇 개인가”를 의미합니다. 단계가 많다면 복잡하다는 것이며, 이는 생명의 신호일 수 있습니다.
- 왜 싸우는가?
- 하슨의 공격: 하슨은 일부 비생물 광물(돌)의 “조립 지수”도 매우 높다고 주장합니다. 생물 분자와 비슷하죠. 조립 이론에 따르면 돌도 “생명”인가요? 이는 분명히 말이 안 됩니다. 따라서 조립 이론은 생명을 판단하는 유일한 기준이 될 수 없습니다.
- 워커의 반박: 워커는 “기능 정보”를 어떻게 측정할 수 있냐고 묻습니다. 돌의 “기능”이 무엇인가요? 당신이 정하는 건가요, 아니면 제가 정하는 건가요? 객관적인 측정 방법이 없다면, 그 이론은 반증될 수 없으며 과학이 아닙니다.
쉽게 이해하자면: 이것은 두 명의 요리사가 새로운 레시피를 만드는 것과 같습니다.
- 하슨은 “내 레시피(기능 정보)가 돌과 생명이 왜 복잡해졌는지 설명할 수 있다”고 합니다.
- 워커는 “당신의 레시피는 수량화할 수 없으며, 나는 그대로 따를 수 없다”고 합니다. “내 레시피(조립 이론)는 간단하지만 정확하게 계산할 수 있다”고 합니다.
- 결과적으로 두 사람은 서로의 엄밀성을 비난합니다. 이 논쟁은 우리가 외계 생명을 탐사할 때 어떤 기준을 사용할지에 직접적인 영향을 미칩니다.
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4. 외부의 비판: 이것은 “새로운 법칙”인가, 아니면 “옛 병에 새 술을 담은 것”인가?
내부의 논쟁 외에도 외부 비판자들은 세 가지 측면에서 이 책에 대해 날카로운 의문을 제기했습니다:
1. “과잉 설명론” (알고리즘 정보론파):
- 비평가 헥토르 제닐은 “기능 정보 증가”는 사실 컴퓨터 알고리즘이 이미 예측했던 것이라고 주장합니다. 단순하고 모듈화된 구조는 더 쉽게 생성되므로 자연스럽게 더 많이 나타납니다. 이것은 새로운 물리 법칙이 아니라 수학적 계산의 내재적 속성일 뿐입니다. 새로운 법칙을 세울 필요는 없으며, 이는 “과도한 설명”입니다.
2. “측정 불가능론” (실험파):
- 이것이 가장 치명적인 비판입니다. 워커는 살아있는 세포의 기능 정보조차 계산할 수 없는데, 어떻게 우주의 법칙이라고 할 수 있냐고 지적합니다. 하슨 자신도 대부분의 물리적 대상에 대해서는 기능 정보를 원칙적으로 계산할 수 없다고 인정합니다.
- 반박: 하슨은 우리가 이전에는 소행성대의 정확한 동역학도 계산할 수 없었지만, 대략적인 설명만으로도 우주선이 비행할 수 있었다고 말합니다. 따라서 정확한 값이 계산되지 않는다고 해서 이론이 쓸모없는 것은 아닙니다.
3. “자기 모순론” (논리파):
- 『퍼블리셔스 위클리』는 저자들이 “자연 법칙은 현상을 예측해야 한다”고 말했지만, 그들의 법칙은 현재까지 과거만 설명할 수 있을 뿐, 미래에 무슨 일이 일어날지는 예측할 수 없다고 지적합니다. 이것은 의사가 “당신이 아픈 이유는 박테리아 때문이다”고 말하지만, “내일 당신이 나아질지는 말할 수 없는 것과 같습니다”.
지지자들의 목소리: 비판이 있음에도 불구하고, 『콕스 서평』은 이 책을 “패러다임 전환의 작품”이라고 평가합니다. 펜실베이니아 대학의 코프먼 교수는 이 책의 가치는 “우주가 질서로 나아가고 있는가”라는 질문을 정당하고 중요하게 만들었다고 생각합니다. 결국, 물리학은 수백 년 동안 “목적성”을 과학에서 제거했지만, 이제 “기능”을 다시 도입함으로써 큰 사상적 충격을 주었습니다.
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5. 최종 내기: 운명은 토성으로 가는 드론에 달려 있다
그렇다면 이 논쟁은 끝