우주는 램덤한가?

내일 무슨 일이 일어나는가는 '랜덤'이 아니다

모든것이 예측가능 하다는 의미가 아니라 어떤것은 예측이 가능하다는 의미다

예를들면 내일도 태양은 떠오르고 물은 섭씨 0도에서 녹거나 얼며

왼쪽 아재가 오른쪽 아재가 될 일은 없다.

왜냐하면 우주는 기본적으로 12개의 입자로 구성돼있으며 4가지의 예측가능한 방식으로만 상호작용하기 때문이다

이들의 상호작용은 알고있으니까, 라플라스가 이야기 한 것처럼, 만약 모든 입자들의 위치와 속도를 정확하게 알고 있다면 어떻게 될까?

뉴턴의 운동방정식에 의하면 위의 두가지 조건에 의해 수식에 따라 결정된대로 움직이므로

우주의 모든 과거와 미래를 알 수 있을지도 모른다.

그렇다면 우주에는 랜덤한것이 없는셈이다.

(물론 뒤에서는 그렇지 않다는 이야기를 할 예정)

이에 따르면, 극단적으로, 각자가 내리는 의사결정도 결코 우연이라 할 수 없다

우리 몸도 위에서 말한 기본입자들로 구성돼있고 정해진대로 상호작용하기 때문이다

만약 어느 시각의 모든 신체적,환경적 조건, 즉 모든 '정보'를 알고 있다면 내가 과거에 한 일을 수학적 계산에 근거해 알 수 있고

미래에 하게 될 일도 정해져 알 수 있는 셈이다.

그런데 여기서 말하는 정보라는게 뭔데?

쉽게 이야기 해서 'Order' 즉 순서다.

DNA에는 T,A,G,C로 불리는 고유한 분자들이 순서대로 나열되어있어서

이것이 생물을 만들어내는 정보가 된다.

일베저장소에 올라오는 글이나 짤방들도, 내부적으로는 0과 1이 고유한 순서를 가지고 배열된 정보가 모링을 통해서 표현된것이다.

의미를 가진 단어와 문장도 혼자서는 의미없는 문자들이 순서를 가지고 배열되면서 의미를 띈 정보가된다

이런 의미에서 정보=순서다

그런데 글자 하나하나가 같은 정보량을 가지고 있다고 말할수 있을까?

네이버에 q로 시작하는 단어를 쳐보면 죄다 뒷글자는 u다

극단적으로 q로 시작하는 단어중에 그 뒷글자가 u가 아닌 단어는 하나도 없다고 해보자

그럼 q보다 qu가 정보가 많다고 할 수 있을까?

u는 정말 쓸모없는 씹선비와 같은 존재가 아닌가?!

미국의 응용수학자,컴퓨터 공학자로서 정보이론의 창시자인 클로드 섀넌에 의하면

영어의 75%가 블필요한 정보로 차있다고 한다. 윗짤을 보자

밑줄은 조금 어렵더라도 윗줄은 "if you can read this" 라는걸 쉽게 읽어낼 수 있다

왜 이렇게 압축이 가능한걸까? 영어가 '랜덤'이 아니기 때문이다

영어는 '패턴'을 가지고있다

영상의 경우도 프레임 사이의 연관성이나 예측가능성을 통해서 이런 불필요함을 제거해 용량을 압축시킬 수 있다.

일반적인 비디오의 경우 압축을 통해 1/1000로 압축가능하다고 한다.

결론적으로 '랜덤'이 아닌 모든것은 압축할 수 있다.

왜냐면 '램덤'이 아닌 것은 '예측가능한 것'이기 때문이다.

만약 '예측가능한 것'을 모두 지워버린다면 뭐가 남을까?

진짜 '랜덤'만 남게된다.

진짜 순수한 '정보'만 남은것이다
다시말하자면, 무언가가 가진 정보량을 알고싶으면 그것이 얼마나 '랜덤'한 것인지 알아내야한다.

'랜덤'이란? '무질서' 를 뜻한다

바로' 엔트로피'다

궁극적으로, '정보'는 '엔트로피'와 유사하다

0으로만 도배해서 밴먹기 딱 좋은 문자열을 보자

노무나도 질서정연해서 아주 낮은 엔트로피를 가지고 있으며 정보라고는 얻을게 없어보인다

아까보다는 복잡해 보이는 이 문자열은 어떨까

분명히 0만 반복되는 윗짤보다는 복잡하지만 '001의 반복' 이라고 축약할 수 있다

궁극적으로 가장 정보가 많은것이란 더이상 압축할 수 없는 '랜덤'한 문자열이다

어느 부분을 봐도 뒤에 뭐가 나올지 예측할 수 있는 힌트는 없다

오른쪽의 지직거리는 화면은 (손실없이) 더 압축할 방법이 없다

각각의 픽셀이 주변의 픽셀과 연관성이 없는 완전한 '랜덤'이기 때문이다

그래서 가장 많은 양의 정보를 담고 있다

이상하지 않은가? 정보는 가장 많다고 하면서 정작 의미있는 장면은 없어보인다

좌측의 압축가능하며, 정보가 상대적으로 적은 아재짤이 훨씬 의미있어보인다

마찬가지로 DNA암호가 완전한 '랜덤'이라면 정보는 많은데 씹선비 하나 태어나지 못할것이다

마찬가지로 완전한 '랜덤'으로 작성된 편지를 보내면 얻을게 없어서 당장 갖다버릴것이다

 

그림

음악

시

그리고 아이디어와 같은것들이 완전한 질서도 완전한 무질서도 아닌

그 사이에서 발견된다

이러한 '의미찾기'가 일반 상대성이론이나 중력이론과 같이 우주를 단순한 방정식으로 표현하는 방법을 찾게했다

달과 지구가 어떻게 움직이는지

우리 태양계는 우리은하에 대해 어떻게 돌고있는지

블랙홀은 어떻게 생겨나고 어떻게 행동하는지

 

우주가 언제 생겨나서 어떻게 팽창해왔는지가 단순한 방정식으로 표현된다

이런 방정식으로 수천년 뒤에 일어날 일식현상도 지금 예측할 수 있다

그렇다면 이런 방정식이 우주가 '랜덤'이 아니며 완전히 '예측가능함'을 암시하는걸까?

그말은 곧 우주에 존재하는 정보는 항상 일정하다는것이다

방정식을 통해 이미 미래에 일어날 일을 다 알고 있으므로 정보가 더 늘어날 이유는 없다

그리고 정보가 엔트로피라면, 엔트로피 또한 일정하다는 말이된다

그러나 현실은 그렇지 않다

열역학 2법칙에 의해 엔트로피는 항상 증가한다

상식적으로 생각해봐도 빅뱅직후의 단순한 우주보다 지금의 우주를 표현하는 것이 훨씬 복잡하다

그럼 도대체 이 정보들이 어디서 왔단말인가?

아재에 의하면 답은 양자역학에 있다

그리고 이 양자역학은 모든것을 '확률'로 다루고있다

 

가령, 전자가 잠시 후에 어디로 갔는지 정해진 값으로 이야기 할 수 없으며

단지 이쯤에서 몇퍼센트..정도로만 이야기 할 수 있다

어디에 있는지는 그 누구도 알 수 없다

이 때 어느 순간 전자를 관측하게 되면 넓게 퍼져있던 확률은 순식간에 물거품이되고

'어느 위치에 있다' 라고 결정된다

즉 아무도 몰랐던 정보가 생겨난것이다

확률을 동반하는 이러한 양자역학적 해석을 납득할 수 없었던 아인슈타인은 

"신은 주사위 놀이를 하지 않는다" 라는 말을 남기게 된다

아인슈타인은 확률로만 나타낼 수 있는 애매모호한 양자역학을 좀 더 압측시키고 싶었다

확률이 아니라 딱딱 떨어지는 값을 내는 방정식을 그 속에서 찾아내어 미래를 정확히 예측할 수 있다고 믿었던것같다

그러나 지금까지 그 누구도 성공하지 못했고 아마 앞으로도 불가능한 일처럼 보인다

양자역학이 완전한 '랜덤'인것이 근본적으로 우주에 내재된 법칙이기 때문일 것이다

자연의 법칙에 따라 정보가 그때 그때 새로 생겨난다

정보가 늘어나니 엔트로피도 늘고 무질서해진다. 이것이 우리가 발견한 열역학 제 2법칙이다

그런데 많은 사람들은 이 법칙을 저주처럼 여기곤한다

무슨 강박증인지는 몰라도 질서가 무질서로 바뀌기 때문이다

하지만 열역학 제 2법칙 덕분에 우리가 '자유의지' 를 가지게 된다

무슨 행동을 할지 예측할 수 없다는 의미에서 말이다

(결정은 물질적 뇌가 한다, 아니다는 식의 철학적 주제로 들어가버리면 댓글이 전쟁터가 될거임. 여튼 지금은 그 이야기를 하는게 아님)

그리고 개중에는 양자역학이 다루는 미시세계는 우리 일상생활이나 우주의 미래에 영향을 끼치지 못한다고 생각하는 게이들도 있다

그러나 그건 사실이 아니다

특히 짤과 같은 현상들은 초기조건에 특별히 민감해서 미세한 초기조건 차이가 미래에는 커다란 차이를 만들어낸다

꼭 이것이 아니더라도 오랜 시간이 지나면 작은 변화가 큰 차이를 만들기 마련이다

지금 모두 같은 자세로 부랄 긁고 일베한다고 해서 미래에 선비충이 될지 애국자가 될지는 아무도 모를일이다 

이것이 바로, 흔히 카오스이론이나 나비효과라고 불리는 것들이다

또한 우리 몸,뇌가 그렇다면 자유의지가 있다고 말 할 수 있다

(다시 한 번 말하지만 철학적 논의가 아님. 미래 행동을 예측할 수 없다는 의미임.)

[출처] 우주는 랜덤한가?
[링크] http://www.ilbe.com/5446095016