생명이 무질서에서 질서를 만들어내고 열역학 제2법칙을 거슬러 나아가기 위해서는 방대한 양의 정보를 담아낼 만큼 복잡한 동시에 열역학의 퇴행 효과를 견뎌낼 만큼 안정적인 유기체를 지어내기 위한 명령어들이 어떤 식으로인가 부호화된 분자 수준의 무엇이 있어야만 했다. 지금 우리는 그 무엇이 바로 DNA 라는 것을 알고 있다. (21p)
성가신 물리학자들이 유용한 역학적 활동으로 변환될 수 있는 열의 양에는 엄밀한 한계가 있음을 1860년대에 발견했던 것이다. 그런 구속성은 일을 수행할 수 있는 것이 열에너지 자체가 아니라 열의 흐름이라는 사실에서 비롯한다. 열에너지를 거두어 쓰려면 반드시 어딘가에 온도 차이가 있어야 한다. […] (어떤 외부 장비를 써서) 한쪽 탱크는 물의 끓는점(100℃)을 유지하도록 하고 다른 쪽 탱크는 물의 어는점(0℃)을 유지하도록 할 경우, 기대할 수 있는 최선의 결과는 열 에너지의 27퍼센트 정도만을 유용한 일의 꼴로 추출할 수 있다는 것이다. 주변으로 새어나가 허비된 열이 전혀 없다 할지라도 말이다. 우주의 어떤 공학자도 그보다 열에너지를 더 잘 뽑아낼 수는 없다. 자연의 근본법칙이 바로 그러니까 말이다. (60p)
컴퓨터에서 처리된 정보가 논리적으로 비가역적인 연산과 관련된다면(위에서 살펴본 나눗셈의 경우처럼), 시스템이 다음 번 계산을 위해 재설정될 때 필히 열이 발생할 수 밖에 없다고 란다우어가 논했던 것이다. 그는 1비트의 정보를 지울 때 필요한 최소 엔트로피량을 계산했고, 지금은 그 결과를 란다우어 한계(Landauer limit)라고 한다. 궁금한 이들을 위해서 그 값을 말해보면, 상온에서 1비트의 정보를 지우면 3×10^-21줄이 발생하며, 이는 주전자의 물을 끓일 때 필요한 열에너지의 1조분의 1조분의 100분의 1 정도이다. (87p)
이렇게 기질로부터 독립성을 가진 탓에, 정보가 '자신만의 생명을 가진 것'처럼, 다시 말해서 자율적으로 존재하는 것처럼 보이게 된다. 이런 측면에서 정보는 에너지가 가진 몇 가지 속성을 공유한다. 정보처럼 에너지도 한 물리계에서 다른 물리계로 전달될 수 있으며, 조건만 올바르면, 에너지는 보존된다. 그렇다고 에너지가 자율적으로 존재한다고 말할 수 있을까? […] 정보의 경우에도 같은 말을 할 수 있을까? 정보가 현시되는 바탕 물질에 인과력을 전부 부여한다면, 정보가 원인이라고 논하는 것 또한 비록 편하기는 해도 똑같이 허황되다고 여길 수 있을 것이다. 그러면 정보는 실재하는 것일까, 아니면 복잡한 과정을 생각해볼 편리한 방법에 지나지 않는 것일까? 이 문제에 관해 어떤 합의도 이루어진 바가 없지만, 나는 감히 위험을 무릅쓰고 정보는 실재한다고 대답할 생각이다. (89p)
정보엔진은 정보를 메모리 레지스터에 적는 동안에 단일한 열원으로부터 체계적으로 에너지를 빼내어 그 에너지를 써서 중력을 거슬러 질량을 들어 올린다. (93p)
아마 독자들은 왜 그처럼 많은 생명의 과정들이 그토록 고된 극한의 조건들을 가진 나노 규모에서 눈에 보이지 않게 일어나느냐고 궁금해할지도 모르겠다. 앞 문단에서 말한 에너지 크기에서 보이는 우연의 일치가 곧바로 답을 쥐어준다. 우리가 아는 모습의 생명에는 액체 상태의 물이 필수적인 역할을 하며, 따라서 생명이 작동할 수 있는 온도 범위도 그에 맞춰 제한된다. 이 온도 범위에서의 열에너지가 생명 기계들의 화학에너지와 역학에너지에 필적하게 되는 규모, 따라서 광범위하게 꼴바꿈이 일어 나게 해줄 수 있는 규모는 오직 나노 규모뿐임이 밝혀졌다. (114p)
안드레아스 바그너가 표현한 것처럼 “생물은 주변 환경에서 획득한 정보의 양에 따라 살기도 하고 죽기도 한다." 좋은 예측 기계가 된다는 것은 경험으로부터 배워서 미래를 더 훌륭하게 내다보고 영리하게 행동하는 능력을 가진다는 뜻이다. 하지만 그 일을 효율적으로 하려면, 예측계는 저장할 정보와 무시할 정보를 가려서 선택해야 한다. 모조리 기억하는 것은 낭비일테기 때문이다. 이 모두를 해내려면, 세계에 대한 내적 표상 같은 것-일종의 가상현실-을 가져야 하고, 거기에 정교한 통계적 기능을 통합해 넣어야 한다. 그래서 세균이라 할지라도 수학의 귀재 같은 모습을 보인다. (117p)
생명 이야기는 사실 이야기 두 가닥이 단단하게 짜여 있다. 한 가닥은 복잡한 화학 즉 풍부하고 정교한 반응 네트워크에 관한 것이고, 다른 한 가닥은 정보에 관한 것으로, 이 이야기 가닥은 단순히 유전자에 수동적으로 저장된 정보만이 아니라, 생물 전체의 구석구석을 흐르면서 생명 물질 속을 파고들어 고유한 질서를 부여하는 정보에 관한 것이기도 하다. 따라서 생명은 부단히 변화하는 두 패턴, 곧 화학 패턴과 정보 패턴의 혼합이다. 이 패턴들은 독립적이지 않고 서로 엮여서 협력하고 단결하는 계를 형성하여 정보 비트들을 뒤섞어 세밀하게 안무를 짠 춤사위를 만들어낸다. (121p)
생명을 정의하는 속성인 자기복제(self-replication)는 계산 개념을 지탱하는 명제논리(propositional calculus)와 자기지시성의 영역에서 직접적으로 튀어 나온다. 역설들이 널려 있는 이 영역은 오늘날의 우리에게 친숙한 시뮬레이션과 가상현실 등으로 이어지는 길을 열었다. 생명이 세계와 자기 자신에 대한 내적 표상-자기 자신을 행위자로서 행동하고 주변 환경을 자신에 맞게 바꾸고 에너지를 거두어 쓰는 존재로 보는 것-을 구성해내는 능력은 그 토대가 논리학 의 규칙들에 있음을 반영한다. (129p)
폰 노이만의 결정적인 통찰은, 테이프에 새겨진 정보가 두 가지 다른 방식으로 취급되어야 한다는 것이다. 첫 번째는 UC가 무언가를 만들도록 하는 능동적인 명령들로 다루고, 두 번째는 그 테이프가 복제되면서 그냥 따라서 복사되어야 할 수동적인 데이터로 다루어야 한다는 것이다. (132p)
화면에 나타나는 그 모양들을 우리는 실제로 사건을 '일으킬 수 있는 '것들'-이를테면 충돌한 뒤에 어지럽게 남은 파편들-로 대우할 수 있을까? 따지고 보면 그 모양들은 물리적 대상들이 아니라 정보적 패턴들이다. 그 모양들에게 일어나는 모든 일들은 그보다 낮은 수준에 있는 컴퓨터 프로그램으로 설명할 수 있기 때문이다. 그러나 계 안에 근본적으로 결정 불가능성이 내재해 있다는 것은 질서가 떠오를 여지가 있음을 의미한다. 높은 수준의 정보적 '교전규칙들(rules of engagement)'은 모양 수준에서 정형화될 수 있다. 생명(과 의식)에서 이런 일이 일어나고 있음은 틀림이 없다. 생명(과 의식)에서는 원인과 결과 이야기를 물리적 기질과는 독립적으로 정보 패턴들에 적용할 수 있기 때문이다. (139p)
리지어와 프로코펜코는 자신들이 '예측성 정보전달(predictive information transfer)'이라고 불렀던 것도 존재함을 인식했다. A에 대해 단순히 무언가를 아는 것만으로도 B가 다음에 무슨 일을 할지 더 잘 알게 해준다면, 이런 정보 전달이 일어난 것이다. 설사 A와 B 사이에 직접적인 물리적 연결이 전혀 없다 하더라도 말이다. 또는 저만의 역동성을 즐기는 정보 패턴을 통해 A와 B 의 행동이 상관된다고 말할 사람도 있을 것이다. 여기서 결론은 정보 패턴이 인과적 단위를 형성하고, 그 단위들이 서로 결합하여 활동이 떠오르는 세계, 저만의 이야기를 가진 세계를 만들어낸다는 것이다. 이렇게 말하면 통념을 뒤엎는 듯 보이겠지만, 일상생활에서 우리는 항상 그와 비슷한 가정을 한다. 예를 들어, 나이가 들수록 사람은 취향과 의견이 점점 보수적이 되는 경향이 있다는 것은 잘 알려져 있다. 이것을 자연의 법칙이라고 하기는 어렵지만, 인간 본성의 보편적 특징이기는 하며, 우리는 모두 '인간 본성'을 진짜 존재성을 가진 어떤 것 또는 속성으로 간주한다. 설사 사람의 생각과 행동이 궁극적으로는 물리법칙들을 따르는 뇌가 이끌고 가는 것임을 안다고 하더라도 말이다. (140p)
2010년 5월 18일에 생명게임의 열성팬인 앤드루 웨이드가 3400만 세대 뒤에 자기를 실제로 복제하는 패턴-제미니(Gemini)라는 이름을 붙였다-을 찾아냈다고 선언했다. 2013년 11월 23일에는 또 한 사람의 생명게임 열성팬인 데이브 그린이 자기 자신의 완벽한-폰 노이만이 특정했던 것 같은 중요한 명령 테이프에 해당하는 것까지 포함하여- 복사본을 만들어내는 복제자를 처음으로 찾아냈다고 선언했다. (142p)
컴퓨터 안에 있는 전자회로와 부품들만 조사해서 컴퓨터가 어떻게 일하는지 이해하려 해본다고 상상해보자. 우리는 현미경으로 마이크로칩을 보고, 배선도를 자세히 조사하고, 전원부를 살펴볼 것이다. 그러나 그렇게 해도 우리는 이를테면 윈도가 어떻게 마법을 부리는지 아무 감도 못 잡을 것이다. 컴퓨터의 모니터 화면에 나타나는 것들을 완전하게 이해하려면, 소프트웨어 엔지니어, 곧 그 기능성을 만들어내기 위해 컴퓨터 코드를 작성한 사람에게 자문을 구해야 한다. 회로를 이리저리 돌아다니는 정보 비트에 조직성을 부여하는 것이 그 코드이다. 이와 마찬가지로 생명을 완전하게 설명하려면, 우리는 생명의 하드웨어와 소프트웨어-생명의 분자적 조직성과 정보적 조직성-를 모두 이해할 필요가 있다. (153p)
“정보 흐름의 패턴들은 계의 미시적 동역학과 직접적으로 연결될 수 있는 보편적 법칙들의 지배를 받는다." 보편적 법칙들? 이 주장은 정보 패턴들을 독자적 존재성을 가지는 결맞은(coherent) 것들로 생각하는 것이 정당할 때가 언제냐는 문제의 핵심을 곧장 찌르고 있다. 내가 보기에는, 만일 그 패턴 자체가 어떤 규칙이나 법칙을 따른다면, 그 패턴들을 정당한 존재자로 대우해도 될 것 같다 (176p)
‘목표 형태'란 계가 장차 발달해서 도달하게 될 안정된 패턴 또는 교란이 일어난 뒤에 재생해서 도달하게 될 안정된 패턴이다. 비록 역학적으로는 아직 이해하고 있지 못하지만, 올바른 크기의 구조가 다시 만들어지는 정확히 그때에 재생이 멈춘다는 것은 국지적 성장이 본체의 크기와 규모에 맞춰 조정된다는 것을 가리킨다. (205p)
사슴뿔은 해마다 떨어지고 다시 자란다. 어떤 사슴종의 경우, 뿔에 칼집을 낸 뒤에 이듬 해에 다시 자란 뿔을 보면, 칼집이 난 바로 그 위치에 딴곳가지(뿔가지)가 하나 벋어 있다. 이런 궁금증이 인다. 그 '칼집 정보'는 사슴 어디에 저장되는 것일까? 뿔에 저장되는 것이 아님은 분명하다. 해마다 뿔은 떨어져 나가니까 말이다. 그렇다면 머리에? 머리에서 50센티미터 떨어진 뿔의 지점에 칼집이 하나 났다는 것을 사슴의 머리가 어떻게 알고, 그 칼집이 정확히 어느 지점에 났는지 알아보기 위한 뿔가지뻗기 구조에 대한 지도를 두피 세포들이 어떻게 저장하는 것일까? 참 신기한 일이다. (208p)
양자 물리학자로서 슈뢰딩거와 같은 시대를 살았던 볼프강 파울리는 이렇게 적었다. “단순한 확률 모형으로는 우리가 보는 환상적인 다양성을 충분히 만들어내지는 못할 것이다." 뛰어난 생물학자들도 의심을 표현했다. 테오도어 도브잔스키는 이렇게 적었다. "현대의 진화이론에 대한 가장 심각한 반론은, 돌연변이는 '우연'에 의해 일어나고 방향성이 없기 때문에, 돌연변이와 선택이 어떻게 그처럼 아름답게 균형을 이룬 기관들-이를테면 사람의 눈-을 형성해낼 수 있을지 알기 어렵다는 것이다." 만일 라마르크주의 진화가 어느 정도 작용했다고 보면, 이 문제들 중 많은 것들이 연기처럼 사라질 것이다. (213p)
최근에 이루어진 이런 실험들, 곧 라마르크주의의 정취가 느껴지는 이 실험들에서 떠올라 자연선택 이론을 다듬어낸 바는, 자연은 가장 잘 적응한 생물만 선택하는 것이 아니라 가장 잘 적응한 생존 전략도 선택한다는 것이다. (220p)
신다윈주의 생물학의 중심원리(central dogma)를 요 약하자면, 정보는 불활성인 DNA에서 이동성을 가진 RNA로, RNA에서 기능성을 가진 단백질로 한 방향으로만 흐른다. 컴퓨터에 빗대어보면, 다윈주의에서 유전체는 읽기만 가능한(read-only) 데이터 파일이다. 그러나 매클린톡과 샤피로 등의 연구는 이 신화를 폭파해버리고, 유전체란 읽고 쓸 수 있는(read-write) 저장시스템이라고 생각하는 쪽이 더 정확하다는 것을 보여준다. (226p)
더블린 강연에서 슈뢰딩거는 생명이 열역학 제2법칙에 완강히 저항하는 능력을 생명을 정의하는 한 성질로 짚어냈다. 생명을 가진 유기체가 엔트로피에 저항하는 묘기를 부리는 방법은 정보를 모아 처리하여 어떤 목적을 가진 활동에 쓰는 것이다. 정보 패턴과 화학반응 패턴을 엮어 매우 높은 열역학적 효율성을 이루기 위해 생명은 악마들을 이용해서 분자적 혼돈으로부터 결맞음과 조직성을 만들어낸다. 과학에서 가장 큰 미해결 문제의 하나는 이런 생명 고유의 배열이 맨 처음에 어떻게 생겨났느냐는 것이다. (291p)
시간의 흐름 현상은 느리게 진화하는 저장된 정보의 복잡한 패턴이 바로 '자아'임을 드러낸다. 그 정보는 나중 시간들에 도 접근할 수 있으며, 그때그때 새로이 지각한 바들을 대어서 맞춰볼 수 있는 정보적 주형이 되어준다. 시간이 흐른다는 착각은 그 지각들이 불가피하게 약간씩 불일치한 데에서 비롯한다. (345p)
컴퓨터과학의 관점에서 보면, 물리적 세계는 두 가지 별개의 성분들, 곧 프로그램과 데이터를 가지고 모형화된다고 생각할 수 있지만, 생물학적 세계에서는 프로그램이 곧 데이터이고, 데이터가 곧 프로그램이다. (374p)