[생각] 정보와 의외성 그리고 무질서도

 정보이론 에서는 정보가 지니는 "의외성"에 점수를 매기어 정보의 양을 정량화 한다. 뻔한 결론이 나는 사건은 낮은 점수를, 뻔하지 않은 예측하기 힘든 사건은 높은 점수가 매겨진다. 예를 들어 6면의 주사위를 던진다고 해보자. 모든 면에 1이 적힌 주사위를 던지면 1이 나올 것이 뻔하니 이 사건에 대한 정보량은 낮다. 반면, 각 면에 1부터 6까지 적혀 있는 주사위라면 1부터 6까지 어떤 숫자가 나올지 뻔하지 않으므로 정보량은 높다.

 이렇게 "의외성"을 정량화 함으로써 그동안 애매모호한 관념이었던 "정보"는 과학의 세상에 들어오게 된다.

 "의외성"은 얼마나 질서가 없는지를 나타내는 척도이기도 하다. 질서가 없다는 것은 예측하기 힘들다는 것을 의미한다. 그래서 그럴까 정보이론에서는 정보의 양을 물리학에서 무질서도를 다룰 때 사용하는 엔트로피의 꼴로 표현된다.

 

 우주에는 질서와 무질서가 만연해 있다. 우리가 이해하는 것은 질서, 이해하지 못하는 것은 무질서라는 것이 과학적 인식이며, 과학한다 함은 질서를 찾아내는 행위에 비유해볼 수 있겠다. 열심히 이런 행위를 한 결과, 뉴턴 역학이라는 과학적 발견이 큰 성공을 이루었고, 뉴턴 역학만 있으면 온 우주를 설명할 수 있을 거라는 "라플라스의 악마"라는 개념이 탄생하기도 하였다. 지금도 열심히 사람들은 우리가 우주에 대해 갖고 있는 상대적 정보량을 줄이기 위해 노력하고 있다. 즉, 더 예측 가능한 세상을 위해 노력하고 있다.

 컴퓨터에서 Data를 압축한다는 것은 0과 1로 이루어진 Data 속에서 질서를 찾아내어 실제 Data 대신에 그 질서를 기록하는 것을 의미한다. 예를 들면 '11100000'이런 2진수로 기록된 Data가 있다면 '1이 3번, 0이 5번' 이런 식으로 기록하는 거다. 이렇게 질서를 기록함으로써 실제 Data보다 더 작은 용량으로 기록하는 것이 가능하다. 우주에 대한 정보는 어느 정도로 압축이 가능할까? 

 하지만 이러한 압축이 실제적으로 우주를 압축 시키지는 않는다. 다만, 우리의 행위에 변화를 일으킬 뿐이다. 똑같은 환경 하에 두 사람이 있을 때, 질서를 아는 사람과 알지 못하는 사람의 행위는 천차만별할 것이다. 제대로만 알고 있다면 두려움은 줄어들고, 자신의 욕구의 실현 가능성은 확대될 것이다. 과학 기술이 발전함으로써 인류는 생존 확률을 높이고, 행복을 추구하기 위한 수많은 컨텐츠들을 생산해내고 있다. 인간에게 있어 "우주"는 줄어들었지만, 인간들의 "세상"은 확장 되었다. 

 이렇게 안다는 것은 나와 대상의 성질과 관계를 변화 시킨다. 양자역학에서 입자는 상호작용을 통해 "실재"라는 정보를 생성 한다. 이중 슬릿 실험을 통해 파동과 확률로 표현되던 입자가 벽과 충돌함으로써 "실재"적 위치 정보를 생성한다는 것이 밝혀졌다. 즉 입자라는 우리의 이미지는 입자 자체의 성질이 아닌 입자와 다른 입자의 충돌, 즉, 상호 관계에 의해 생겨난 성질이라는 것이다. 

 사람 또한 다른 사람들과의 관계가 없다면 자신이 착한지 나쁜지 혹은 행복한지 행복하지 않은지 알 수가 없다. 물론, 전혀 다른 이야기지만 가장 작은 것들의 규칙과 그 작은 것들이 모여 이루어진 사람에게서 철학적으로 공통된 질서가 형성되는 것은 흥미로운 관점이라고 생각한다. 

 지금까지 "우주"속에서 불확실성을 줄이려고 노력을 해온 것이 과학의 방향성이라면, 앞으로는 이에 못지 않게 커진 인간들의 "세상"속에서 불확실성을 줄이려는 방향으로 과학이 흘러갈 것이라 예상한다. 

 영상은 youtube에서 구독중인 Veritasium이라는 과학채널의 What is not random? 이라는 영상이다. "정보 = 의외성 = 무질서도"를 이야기하며, 열역학 제2법칙인 "닫힌계에서의 무질서도 증가"의 원인으로 입자들이 상호작용을 통해 생성해내는 "정보"에 대해 이야기한다. 상당히 흥미롭고 유익한 영상이다.