과학의 새로운 언어, 정보

고원용 박사님의 독후감 입니다.

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오 늘날 사람들의 삶에 정보는 원자만큼, 아니면 원자보다 더 영향을 미치고 있지만 정보 자체가 과학적인 연구 대상이 된지는 얼마되지 않았습니다. (원자로 이루어진 먹거리를, 원자로 이루어진 돈 대신?형체가 없는 정보를 주고 받아서 사고,?영화의 광학정보와 음성정보를 받기?위해 돈을 냅니다.)

한스 크리스천 폰 베이어가 2003년에 내놓은 책 ‘과학의 새로운 언어, 정보’는 세상의 근본 이치를 따지는 물리학의 관점에서 정보를 다루고 있습니다. 비트, 유전 정보, 잡음, 정보 전송 속도의 물리적 한계, 생물정보학, 양자 컴퓨터, 블랙홀, 그리고 맨 마지막에 차일링거의 원리를 다룹니다.

물리학, 과학을 연구한다는 것 자체가 정보를 다루는 것이지만 (과학 실험이란 자연에게 질문을 해서 정보를 얻는 것입니다) 아직 그 관점에서는 정리되어 있지 않습니다. 그래서 저자가 이런 제목의 책을 쓴 것이겠지요.

전통적인 물리학에서 정보와 가장 관련이 있는 분야는 열역학입니다. 엔트로피는 정보의 부족, 우리가 시스템에 대해 모르는 것과 관련이 있고 물리학의 큰 수수께끼 중의 하나인 시간의 비가역성과 관련이 있습니다. 고전 물리학과 근대 물리학을 통틀어? 뉴턴의 운동 법칙, 맥스웰의 전자기 이론, 아인슈타인의 상대성 이론, 양자 역학 같은 중요한 물리 법칙들은 모두 시간 역전에 대해 대칭입니다.

이 법칙들은 시간이 과거에서 미래로 흘러도 성립하고 미래에서 과거로 흘러도 성립합니다. 당구대에서 당구공이 움직이는 것을 찍은 영화를 거꾸로 돌리면 그것을 바로 알아차리기 어려울 테지만 코끼리가 그릇 가게에 들어온 것을 찍은 영화를 거꾸로 돌리면 바로 이상하다는 것을 알아차릴 것입니다. 이것과 관련이 있는 물리법칙은 열역학 제2법칙입니다.

같은 저자의 책 ‘맥스웰의 도깨비가 알려주는 열과 시간의 비밀’(성균관대학교출판부, 2006)을 읽고 나서 열역학, 엔트로피, 정보에 대해 제가 모르는 것이 많았다는 것을 깨달았습니다. 맥스웰의 도깨비가 1914, 1929, 1950, 1982년에 4번이나 다른 방식으로 죽은 이야기(231~243쪽) 중 뒤의 2개는 제가 모르던 것이었고 둘 다 정보와 관련이 있습니다.

리 스몰린은 ‘양자 중력의 세 가지 길’(사이언스북스, 2007)에서 아래처럼 말했습니다.
“물질의 온도와 엔트로피의 의미에 대한 탐구가 원자의 발견을 낳았다. 복사선의 온도와 엔트로피의 의미에 대한 탐구가 양자의 발견을 낳았다. 똑같은 방식으로, 블랙홀의 온도와 엔트로피에 대한 탐구가 오늘날 공간과 시간의 원자적 구조의 발견에 이르게 하고 있다.”

물질을 쪼개고 쪼개서 더 이상 쪼갤 수 없는 것이 원자라고 데모크리투스는 생각했습니다. 정보의 관점에서 보면, 질문을 던질 때 정보로 답하는 시스템을 나누고 또 나누면 맨 나중에, 예 또는 아니오 1비트의 대답밖에 줄 수 없는 가장 간단한 시스템이 남을 것입니다. 양자 실험물리학자 차일링거는 양자역학을 이러한 관점에서 설명합니다. 제가 지금까지 본 양자역학에 대한 설명 중 가장 마음에 듭니다.

여력이 되신다면 ‘과학의 새로운 언어, 정보’와 함께 아래 책들을 읽고 오시면 좋겠습니다.

(추천 순서로)

1.‘맥스웰의 도깨비가 알려주는 열과 시간의 비밀’ 한스 크리스천 폰 베이어 (지은이), 권영욱 (옮긴이) (성균관대학교출판부, 2006) (나중에라도 읽어보시기를 권합니다.)

2. ‘아인슈타인의 베일 - 양자물리학의 새로운 세계’ 안톤 차일링거 (지은이), 전대호 (옮긴이) (승산, 2007) (‘과학의 새로운 언어, 정보’의 역자가 번역한 책입니다. 원저는 독일어로 쓰였고 영어로는 아직 번역되지 않았기 때문에 영어권의 독자들보다 더 빨리 새로운 관점의 세상을 볼 수 있습니다.)?

3.‘프로그래밍 유니버스’ 세스 로이드 (지은이), 오상철 (옮긴이) (지호, 2007) (이 책에도 맥스웰의 도깨비와 양자 컴퓨터 이야기가 나옵니다.)

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1. 전기 비: 우리 삶 속의 정보
2. 데모크리토스의 주문에 걸리다: 왜 정보가 물리학을 변화시킬 것인가
3. 인-포메이션: 개념의 뿌리
4. 비트 세기: 정보의 과학적 측정
5. 추상: 구체적인 실재를 넘어서

6. 생명의 책: 유전 정보
7. 거인들의 싸움: 환원주의와 출현
8. 코펜하겐의 신탁: 과학이 다루는 것은 정보이다
고전적인 정보
9. 가능성 계산: 확률은 정보의 수량화이다
10. 자릿수 세기: 어디에나 있는 로그함수

11. 묘비에 새겨진 메시지: 엔트로피의 의미
12. 무작위성: 정보의 뒷면
13. 전기 정보: 모스에서 섀넌까지
14. 잡음: 방해와 필요
15. 궁극적인 속도: 정보 속도 한계

16. 정보 풀기: 물리학에 봉사하는 컴퓨터
17. 생물정보학: 생물학과 정보기술의 만남
18. 정보는 물리적이다: 망각의 비용
양자 정보
19. 양자 기계: 양자의 불가사의를 목격하다

20. 구슬 게임: 양자 중첩의 신비
21. 큐비트: 양자시대의 정보
22. 양자 컴퓨터: 큐비트를 이용한 계산
23. 블랙홀: 정보가 숨는 곳
진행 중인 연구
24. 비트, 달러, 히트, 너트: 섀넌을 넘어선 정보이론
25. 차일링거의 원리: 실재의 뿌리에 있는 정보