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<인포메이션> 제임스 글릭 지음. 박래선, 김태훈 옮김. 2017. 동아시아. '제9장. 엔트로피와 그 도깨비들'. pp.363-386.

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프롤로그 

제1장 말하는 북 ―코드가 아닌 코드 

제2장 말의 지속성 ―마음에는 사전이 없다 

제3장 두 개의 단어집 ―글의 불확실성, 철자의 비일관성 

제4장 생각의 힘을 기어 장치에 ―보라, 황홀경에 빠진 산술가를! 

제5장 지구의 신경계 ―몇 가닥 초라한 전선에서 무엇을 기대할 수 있겠는가? 

제6장 새로운 전선, 새로운 논리 ―다른 어떤 것도 이보다 미지에 싸인 것은 없다 

제7장 정보이론 ―내가 추구하는 것은 평범한 두뇌일 뿐입니다 

제8장 정보로의 전환 ―지성을 구축하는 기본 요소 

제10장 생명의 고유 코드 ―유기체의 완전한 설명서는 이미 알에 적혀 있습니다

제11장 밈 풀 속으로 ―당신은 나의 두뇌를 감염시킨다

제12장 무작위성의 감각 ―죄악의 상태에 빠져

제13장 정보는 물리적이다 ―비트에서 존재로

제14장 홍수 이후 ―바벨의 거대한 앨범 

제15장 매일 새로운 뉴스 ―그리고 비슷한 뉴스 

에필로그 ―의미의 귀환

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p.365.  엔트로피라는 말은 1865년 열역학을 수립하는 과정에서 루돌프 클라우지우스(Rudolf Clausius. 1822-1888)가 만든 것이었다. ... 클라우지우스는 열이 엔진을 움질일 때 실제로는 열이 사라지지 않는 사실을 발견했다. 열은 단지 뜨거운 대상에서 차가운 대상으로 옮겨갈 뿐. 이 과정에서 열은 일을 했다.

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p.365-366.  일을 산출하는 열역학계의 능력은 열 자체가 아니라 온도 차이. ... 닫힌계가 얼마나 많은 에너지를 갖고 있든 간에 모든 것이 같은 온도에 이르면 아무 일도 할 수 없다. 클라우지우스가 측정하고자 했던 것은 바로 이 에너지의 무효성이었다. 클라우지우스는 변화를 뜻하는 그리스어로 만든 '엔트로피'라는 단어를 내놓았다.

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p.367.  엔트로피는 ... 개념이 추상적이기는 하지만 온도, 부피, 압력처럼 측정 가능한 것으로 드러났다. .... 열역학의 "법칙들"은 엔트로피로 깔끔하게 표현할 수 있었다.

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제1법칙 : 우주의 에너지는 일정하다.

제2법칙 : 우주의 엔트로피는 언제나 증가한다.

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p.367-368.  대중들에게 제2법칙을 각인시킨 사람은 ... 윌리엄 톰슨(William Thomson. 1824-1907). ... 톰슨은 (소실이 아니라) '소산'이라는 단어를 선호했다. ... 하지만 엔트로피의 본질적 속성으로 혼란 그 자체(무질서)에 주목한 것은 맥스웰이었다.

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p.369.  열역학의 선구자들은 이상적인 사례로 기체 상자를 생각했다. 원자로 구성된 기체는 ... 동요하는 입자들의 거대한 앙상블이다. ... 분자는 개별적으로 뉴턴 법칙을 따라야 한다. ... 그러나 개별적으로 측정하고 계산하기에는 너무 수가 많았다. 여기서 확률이 개입한다. 통계역학이라는 새로운 학문은 미시적 세부사항과 거시적 행동 사이에 다리를 놓았다.

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p.370.  미시적 측면에서 개별 분자의 운동을 관찰하면 운동의 행태는 시간을 앞으로 돌리든 뒤로 돌리든 같다 ... 하지만 기체 상자를 하나의 총체로 보면 혼합 과정은 통계적으로 일방통행로가 된다.

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p.372.  결국 물리학자들은 미시상태(microstate)와 거시상태(macrostate)가 있음을 증명하기 시작했다. ... 특정한 거시상태의 엔트로피는 가능한 미시상태의 수의 로그이다. 따라서 제2법칙은 확률이 낮은(질서 정연한) 거시상태에서 높은(무질서한) 거시상태로 이동하려는 우주의 경향이다.

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p.372-373.  맥스웰의 사고실험 : 맥스웰은 기체 상자를 나누는 칸막이에 난 작은 구멍으로 감시하(면서 통과 여부를 선택할 수 있)는 "유한한 존재"를 상상해보라고 제안한다. ... 이 존재는 일반적인 확률을 거스른다. 대개의 경우 사물들은 서로 뒤섞인다. 사물들을 분류하려면 정보가 필요하다. 이 아이디어를 좋아했던 톰슨은 이 가상의 존재를 ... "맥스웰의 도깨비"라고 불렀다. ... 맥스웰은 자신의 도깨비를 설명의 도구로 쓸 때를 제외하고는 실재한다고 말하지 않았다. ... 이 도깨비는 물리학의 세계에서 정보의 세계로 가는 입구를 지켰다.

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p.375.  20세기 초 과학자들은 끊임없이 개선되는 현미경을 통해 세포막의 활발한 분류 과정을 관찰했다. 이런 관찰을 통해 살아 있는 세포가 펌프, 필터, 공장의 기능을 한다는 사실을 발견했다. ... 누가 혹은 무엇이 제어하는 것일까?

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p.376-377.  헝가리 물리학자였던 레오 실라르드(Szilárd Leó. 1898-1964)는 나중에 전자현미경을 구상하고 우연찮게 핵 연쇄 반응을 고안한 사람이었다. ... 1920년대에 실라르드는 분자의 지속적인 요동(fluctuation)을 열역학이 어떻게 다뤄야 하는지를 생각했다. 원래 요동은 잠깐 동안 상류로 헤엄치는 물고기처럼 평균에서 어긋났다. 사람들은 이렇게 질문했다. 요동을 활용할 수 있다면 어떨까? ... "왜 우리는 모든 열을 이용할 수 없을까?"

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p.377-378.  정보는 공짜가 아니다. 맥스웰과 톰슨 그리고 다른 학자들은 도깨비의 눈앞에서 오가는 분자들의 속도와 궤도에 대한 지식이 거저 주어지는 것으로 암묵적으로 말했다. .... 하지만 정보는 물리적이다. 맥스웰의 도깨비...는 한 번에 한 입자씩 정보와 에너지 사이의 변환을 실행한다.

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p.378.  아직 '정보'라는 단어를 쓰지 않았던 실라르드는 각각의 측정과 기억을 정확히 이해하면 변환을 정확하게 계산할 수 있다는 사실을 발견했다. ... 계산 결과 각 정보 단위는 구체적으로 k log2 단위에 해당하는 엔트로피의 증가를 가져왔다. 도깨비가 한 입자와 다른 입자 사이에서 선택을 할 때마다 1비트의 정보가 소요된다.

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p.378.  실라르드는 엔트로피를 정보로 보는 섀넌으로 가는 징검다리 역할을 했다. 

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p.379.  물리학자에게 엔트로피는 물리계의 상태, 즉 가질 수 있는 모든 가능한 상태 중 하나의 상태에 대한 불확실성의 척도이다. 이 미시상태들의 확률은 동일하지 않을 수 있으며, 따라서 물리학자들은 S = −∑P_i log P_i로 쓴다.

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정보이론가에게 엔트로피는 메시지, 즉 통신원이 생성할 수 있는 모든 가능한 메시지 중 하나의 메시지에 대한 불확실성의 척도이다. 가능한 메시지들의 확률은 동일하지 않을 수 있으며, 따라서 섀넌은 H = −∑P_i log P_i로 쓴다.

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이는 단지 형식의 일치는 아니다. 모두 하나의 문제인 것이다. .. 섀넌은 정보를 엔트로피와 동일시했지만 위너는 정보를 '네거티브 엔트로피'(negative entropy)라고 말했다.

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p.379-380.  "저는(섀넌) 집합에서 선택이 이루어질 때 얼마나 많은 정보가 '생성'되는지를 생각합니다. 집합이 클수록 '더 많은' 정보가 생성됩니다. 반면 선생님은(위너) 집합이 더 큰 경우 불확실성이 더 높다는 것은 상황에 대해 아는 것이 더 적다는 것을 뜻하며, 따라서 '더 적은' 정보를 뜻한다고 생각합니다."

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p.380.  달리 말하자면 H는 의외성의 척도 ...(이며 동시에) 미지의 메시지를 추측하는 데 필요한 예-아니요 질문의 평균 횟수이다. 섀넌이 옳았지만 한동한 혼란은 계속되었다.

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p.381.  양자역학의 선구자 에르빈 슈뢰딩거(Erwin Schrödinger. 1887-1961)는 1943년 더블린의 트리니티칼리지에서 법정 대중강연을 해달라는 요청을 받(았다). ... 이 강연을 토대로 만든 작은 책(『생명이란 무엇인가?』)은 영향력을 발휘 ... 유전학과 생화학을 결합한 ... 신생 학문을 위한 토대를 놓았다. 

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p.381-382.  슈뢰딩거는 자신이 생물학적 안정성이 수수께끼라고 부른 문제에서 출발했다. ... "하나의 물질이 살아 있다고 말할 수 있는 때는 언제일까요? ... 비슷한 환경에서 무생물이 '계속할 것'으로 기대되는 것보다 훨씬 더 오래 움직이거나 환경과 물질을 교환하는 등 '어떤 일'을 계속할 때 우리는 살아 있다고 합니다."

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p.382-383.  슈뢰딩거는 제2법칙을 잠시 거르기 때문에 혹은 그렇게 보이기 때문에 생명체가 "그토록 불가사의하게 보인다"라고 생각했다. ... "덜 역설적으로 말하자면, 신진대사에서 본질적인 것은 유기체가 살면서 어쩔 수 없이 생성하는 모든 엔트로피로부터 벗어나는 데 성공한다는 것입니다."

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p.383-384.  "이 염색체...에, 개체가 앞으로 거칠 발생의 전체 패턴이 일종의 암호문으로 들어 있습니다." ... 슈뢰딩거는 "명확한 유전적 특성을 담은 가상의 매개체"로 '유전자'라는 용어를 사용했다. 당시까지 이 가상의 유전자를 눈으로 본 사람은 아무도 없었지만, 이는 시간 문제였다.

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p.384-385.  하지만 슈뢰딩거는 무언가 빠진 것을 느꼈다. "같은 구조가 3차원적으로 반복되는 비교적 단순한 방식으로 형성된 결정체는 지나치게 질서 정연했다. ... 슈뢰딩거는 생명은 예측 가능한 반복이 없는 구조로, 고도의 복잡성이 있어야만 한다고 주장했다. ... "우리는 유전자 혹은 전체 염색체 섬유가 비주기적 고체(aperiodic crystal)라고 믿는다" 이것이 슈뢰딩거의 가설이었다.

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(제9장 끝.)