도서 추천 - <미래에서 온 남자 폰 노이만>

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폰 노이만 하면 존 내쉬나 슈뢰딩거와 더불어서 최고의 수리물리학자로 유명하죠. 가끔 가다가 대학생들 시험 기간에 폰 노이만 식 벼락치기 한다고 하면서 막 유머글을 싸지르는데, 확실히 폰 노이만은 천재이긴 하지만 제가 이 책을 읽으면서 편견이 좀 많이 깨졌습니다.

인류 최강의 고인물, 토끼공듀 존 폰 노이만. 이 책을 읽어보니 노이만은 수학 뿐만 아니라 매우 다양한 분야 특히 제가 관심이 있는 생물학과 인공생명체, 인공지능에 대해서도 굵직한 역사를 남겼다는 것을 알 수 있었습니다

https://www.youtube.com/watch?v=uO22x7AXV-A

그는 앨런 튜링에게 컴퓨터에 대한 기초적인 상상력을 제공하기도 하였으며(두 사람 모두 2차 세계대전 당시 국가를 위해서 일했습니다), 특히 우리는 오펜하이머가 원폭을 만든 것으로 알고 있지만 폰 노이만 또한 굉장히 많은 기여를 했다는 것을 알 수 있었습니다.

특히 제가 이 책을 알게 된 경로가 매우 의미심장한데, 이번에 제가 주력으로 밀고 있는 프랙탈 논문이 바로 그가 강조한 '오토마타' 이론과 연관이 되어 있기 때문입니다.

인공생명체란 말 그대로 인공적으로 만들어진 생명체를 말하는데(전 개인적으로 인간은 외계인에 의해 만들어진 인공생명체라고 생각하며, 그 영감으로 에이리언 영화 등이 탄생하였습니다) 인간이 할 수 없는 일을 대신 잘 해줄 수 있다는 점에서 매우 가치가 높습니다. 물론 인간이 신처럼 다른 생명을 창조하는 것은 아직 뜬구름 잡는 소리이고 먼 미래의 이야기인 것 같지만 제가 생각하기에 인공지능의 발전을 보면 아마 인공생명체 또한 제가 살아있는 동안에는 볼 수 있지 않겠나 싶습니다.

아 참고로 이번에 자랑하고 넘어갈 것이, 기록하는 겸 언급하는 것이 제가 DOI를 발급한 프랙탈 논문이 갑자기 알고리즘을 탔는지 점수랑 추천수 등이 확 늘어나더군요. 점수 자체는 0.3점에서 7점대로 급격히 상승한 것으로 보이지만 유명한 교수님은 RG 점수가 1만이 우습게 찍히는데, 상대적으로 보면 작지만 2025년 출판된 프리프린트 및 논문에 비교할 때 상위 몇 %인지를 보고 나름 자신감을 가질 수 있었습니다.

상위 2퍼 ㅋㅋㅋㅋ

DOI:
10.13140/RG.2.2.29404.91520

더욱 흥미로운 것은 제가 단순히 품앗이처럼 공동으로 연구하는 대학원생들에게 돌려가면서 추천이라던지 열람을 부탁하지 않고 오로지 저 스스로 혼자 작성한 문건을 알아서 마케팅을 하고 광고를 한 다음 꾸준히 식물 키우듯이 물을 주어봤는데, 상당히 전혀 이질적인 국가의 서로 다른 분야의 교수님들이 추천을 누루고 가더군요. 오르비나 SNS의 추천과 달리 실명이 다 찍히기 때문에 그만큼 무거운데, 제가 분명 프리프린트 내용에 학부생 신분이라는 것을 명시적으로 언급했음에도 상당한 용기를 가지고 눌러주신 듯 합니다.

재미있는 것은 제 프리프린트는 재료공학에 속해있지만, 그 가지는 여러 분야 심지어 소프트웨어나 정보 처리에도 영향을 줄 수 있기에, 프랙탈 구조를 통해 패턴을 바탕으로 신호 분석이나 전파를 연구하는 러시아 교수님도 제 프리프린트를 유심히 보셨더군요.

그런데 애초에 저는 확실하게 이 아이디어를 쓰면서, 아 이건 단순히 재료공학에서 어느 한 부분의 응용이나 성능 개선을 지향하는 것이 아니라, 재료공학을 넘어서 생명체와 인공지능, 정보 처리 방식, 뇌파 분석 등 온갖 다양한 것을 통합적으로 이해할 수 있는 프레임워크다! 라는 확신을 가졌고 그게 제 헛된 망상이 아니었기에 상당히 다행스럽습니다.

왜냐하면 제가 프리프린트에서 말하는 핵심 주제, 암시하는 내용은 더 통합적인 내용이거든요. 물론 논문의 제목 자체는, 바이오 미메틱스 생체 모사 공학에서 프랙탈 구조가 핵심적인 본질인 것 같으니까, 앞으로 개별적으로 모방하지 말고 프랙탈 구조를 적절한 차원 조절을 하여 물질을 설계할 때 최적화하자는 내용을 썼습니다. 그런데 이 말은 조금만 더 생각하면, 결국 생명의 본질은 프랙탈 구조라는 것을 암시하는 것입니다.

이게 무슨 의미가 있고 어떤 의의가 있냐고요? 마침 제가 읽고 있는, 그리고 평소 관심을 가졌던 이대열 교수님의 <지능의 탄생>에서는 생명체를 자기 복제 기전을 가진 존재라고 규정하고 이에 대해서 설명을 하고 있습니다. 그런데 자기 복제 기전이라는 말은 단순하긴 한데 문제는 '어떻게' 자기 복제를 하고, 어떤 내용이 복제가 된다는 것인지 의문입니다. 전 그 핵심적인 원리가 바로 프랙탈 구조에 있다고 생각하였고, 제 프리프린트는 단순히 재료공학을 넘어서 정보 처리 및 생명의 유전자 구조에까지 영향을 줄 수 있다고 생각합니다.

당장 DNA 염색체 서열도 프랙탈 구조로 이루어져 있습니다. 굉장히 좁은 공간에 막대한 정보를 집어넣기 위하여 서로 꼬이고 꼬인 구조를 이루는데 보통 단백질의 폴딩 구조라고 하고 이 접힘 구조가 적절하게 잘 되어 있는 것이 건강하고 안정적인 것으로 알려져 있습니다. 우리가 고기를 구워 먹고 한번 구우면 다시 돌아가지 못하는 것이 이 폴딩 접힘 구조가 완전히 변형되어서 단백질 구조에 큰 변화가 왔기 때문입니다.

그런데 만약 제 말이 맞아서, 정말 생명체의 근본적인 구조가 프랙탈 구조라고 하면 위와 같은 인공생명체에 대해서 급격한 발전이 가능해집니다. 프랙탈 구조 외에도 구조는 여러가지가 있을 수 있는데, 프랙탈 구조가 가장 효율적이고 효과적이면서도 실제로 인간이나 생물의 유전자 및 정보 저장 원리이자 핵심 내용이라면 이것을 통해서 자기 복제 기전을 가진 인공생명체를 효과적으로 구현할 수 있습니다.

제가 설명해놓고 다시 보아도 신기하네요 ㅋㅋㅋ

만약 제 말이 맞다면 최초의 생명체를 알아내는 것에도 힌트를 얻을 수 있습니다. 여러분 열역학 제2법칙 다들 아시죠? 항상 무질서도는 높아진다는 거. 생명체는 특이하게도 이것을 위배하는 것처럼 보이지만 여전히 만족하는 이유가, 외부의 물질을 더욱 무질서하게 만들어서(예컨데 음식물을 섭취) 자신의 엔트로피가 너무 높아지는 것을 막는 것입니다. 우리가 그래서 죽으면 모든 장기가 멈추고 부패가 시작하는 것을, 엔트로피 관점에서도 볼 수 있습니다 엔트로피를 제어하지 못하는 상태를 사망이라고 볼 수도 있죠.

그런데 슈뢰딩거는 여기서 엄청난 모순을 하나 발견합니다. 분명 이 세상은 무질서하게 계속 엔트로피가 증가하는데, 부분적으로 역행을 하는 생명체는 도대체 어떻게 나왔는가? 자연이 계속 무질서하게 변화하는데 스스로가 무슨 힘으로 질서를 가지고 조직화되어 생명체가 되었는가? 물리학자의 관점에서 생명은 상당히 신비롭고 이해가 안되는 부분이 많이 있습니다.

실제로 생명의 작동 원리 등에 대해서는 이렇게 잘 알려졌지만 정작 생명의 최초 기원에 대해서는 대단히 의문점이 많이 있습니다. 열역학 2법칙을 정면으로 위배하는 것으로 보이거든요. 이에 대해서 gai한테 설명을 좀 들어봤는데 이 중에서 전 마음에 드는 이론이 있었습니다.

요즘 시대에서 가장 유력하게 꼽히는 설은 2번인 것 같습니다. 폰 노이만도 위의 소개한 저서에서 그 입장을 지지하면서 생명을 정보의 관점에서 바라보았는데, 사실 이는 굉장히 선구적인 것으로 우리 시대에는 거의 당연한 상식처럼 받아들여지지만 컴퓨터라는 개념조차 희박하고 인공지능은 꿈도 못 꾸던 시대에서 생명을 정보랑 연결하여 물리학적으로 해석한 것은 대단히 독창적이고 창의적입니다.

그런데 저는 아주 조심스럽게, 아마 1번이 답이 될 수도 있지 않을까 제가 말하는 프랙탈 이론이 정말 맞다고 증명이 되고 확실하게 자리를 잡으면, 프랙탈 구조로 인해 생명이 탄생할 수 있었다는 주장이 가능할 것 같다는 생각이 들었습니다. 2번의 폰 노이만의 설은 제가 볼 때 앞뒤가 뒤바뀐 설명인 것 같습니다. 애초에 유전을 통해서 보호하고 전파를 해야 할 정보가 어떻게 탄생했는지를 설명하지 못하고, 다만 생겨난 생명체가 어떤 원리로 자손을 통해 번식을 하고 유전자를 보존하는지를 설명한다고 봅니다.

물론 제가 생각하는 또 다른 가설 중 하나는 바로 외계인 예수님 설인데, 만약 그렇다면 생명의 기원은 알아내기가 엄청나게 어려워집니다. 인간이 만약 외계인에 만들어진 것이라면, 그럼 그 외계인은? 또 다른 외계인이 만들엇고, 그럼 또 다시 그 외계인을 창조한 또 다른 외계인이 있어야 하고... 무한히 이어지는 굴레라고 생각합니다.

사실 제 주변 친구들에게는 이번 칼럼의 내용까지 말하지 않았는데도 여전히 너무 거시적이고 추상적이다, 거대하고 무슨 말인지 모르겠다 의의가 뭔지 모르겠다는 평을 들었는데 아마 이 이야기까지 했었다면 진짜로 조현병 환자 취급을 받았을 지도 모르겠습니다.

더불어서 이번 책을 추천한 이유는 근대~근현대 과학사를 알 수 있다는 점인데, 폰 노이만이 2차 세계대전 즈음에 활약했으니까 1900년 초에 인류가 어떻게 급격히 과학을 발전시켰는지, 그 맥락과 스토리, 누구의 계보가 어떻게 이어졌으며 수학자가 어떻게 물리학에 영향을 주고 다시 물리학이 생명에 대해서 어떻게 고찰했는지 등등 복잡하게 얽히고 섥힌 과정을 알 수 있습니다. 제가 평소 말했던 무슨 괴델의 불완정성 정리라던지 힐베르트의 프로젝트 등이 폰 노이만에게 어떻게 영향을 주었고, 그것을 어떻게 멋지게 해결했는지가 자세히 알려져 있습니다.

저는 평소 과정을 중시하잖아요? 그 과정을 알아서 이후 내가 새로운 과정에 돌입했을 때 써먹을 수 있는 확률이 높다고 생각하기 때문입니다. 이미 다 지나간 일이긴 하지만, 그때 당시 한정된 지식이나 근거, 기술을 통해서 어떻게 최대한 말이 되는 방향으로 과학자들이 설명을 했는지, 그러한 설명이 어떻게 우리의 삶에 영향을 미치고 있으며 미래를 바꿀지에 대해서 알 수 있는 좋은 책이 이번에 소개드린 책이라고 생각합니다.

쉬우면서도 아는 만큼 보이고, 저처럼 본인의 연구 주제랑 연관을 시켜서 미래에 대해서 가늠하기 좋은 소재라고 생각하여 추천을 해보았습니다.