네트워크, 세상을 움직이는 5가지 연결

네트워크, 세상을 움직이는 5가지 연결

$22.12
Description
* 삼성전자 부사장의 과학 노트 *
삼성전자 김일룡 부사장이 전하는
세상을 움직이는 14가지 핵심 변수!
★★ KAIST 뇌과학자 김대식 교수 추천 ★★
★★ KAIST 물리학과 이순칠 교수 추천 ★★

“지식은 바뀌지만, 방법은 남는다.
이 책은 지식을 다루는 방법을 알려준다.”

일론 머스크는 TED 인터뷰에서 자신이 '제1 원칙'에 기반해 사고한다고 말했다. 대부분의 사람들이 관습이나 비유에 따라 생각하는 것과 달리, 자신은 문제에 물리학적으로 접근한다는 것이다. 물리학적으로 접근한다는 것이 무슨 뜻일까? 물리학에는 적어도 세 가지 핵심적인 방법론이 있다. 첫째, 시스템의 '핵심 변수'를 추리는 것이다. 예컨대 뉴턴 역학에서 핵심 변수는 위치와 속도다. 나머지 물리량은 그에 따라 결정된다. 둘째, 서로 다른 법칙을 연결해 주는 '연결 원리'를 찾는 것이다. 볼츠만 공식은 열역학을 뉴턴 역학으로 번역해, 거시 세계를 새로운 관점에서 더 근본적으로 이해하도록 돕는다. 셋째, '진화 원리'를 발견하는 것이다. 예를 들어, 열역학 제2법칙은 시스템이 무질서도를 최대화하는 방향으로 변한다고 말한다.
KAIST에서 물리학 박사학위를 받고 삼성전자에서 20여 년간 반도체 연구 전반에 참여해 온 삼성전자 부사장인 저자는 물질뿐 아니라 컴퓨터, 뇌, 생명, 사회를 네트워크 시스템으로 바라보며 이들에도 이러한 세 가지 방법론을 적용할 수 있음을 보인다. 현대 과학에서 각각을 기술하는 '핵심 변수'와 '진화 원리'를 소개하며, 그들을 이어주는 '연결 원리'를 바탕으로 그 자체가 하나의 거대한 네트워크인 우주의 전체 모습을 조망한다. 더 나아가, 단순히 과학이 무엇을 설명할 수 있는지 분석하는 데 그치지 않고 무엇을 예측할 수 있는지 탐구하는 데까지 나아간다.

“원자에서 시작해 물질로, 물질에서 생명으로, 세포에서 뇌로, 뇌에서 사회로 이어지는 거대한 네트워크를 따라가다 보면, 새로운 통찰을 얻고 마침내 세상이 다시 보일 것이다.”
─이순칠, KAIST 물리학과 교수 · 『퀀텀의 세계』 저자
저자

김일룡

삼성전자부사장.KAIST에서물리학학사·석사·박사학위를받고,삼성전자에서20여년간주로비메모리반도체공정개발과평가를수행하며반도체연구전반에참여해왔다.

과학자는세상의지도,이론을그린다.하지만매번가장높은해상도로그리지는않는다.우리가여행할때산의높이,계곡의깊이,도로의자동차를무시한지도를들고다니는것처럼,과학자도자주어떤정보를적극적으로무시하며이론을만든다.예컨대미시적인입자들의복잡한움직임을평균해압력,부피,온도,엔트로피같은거시적인'핵심변수'로기술되는열역학법칙이라는'유효모형'을얻는다.이과정에서정보를일부잃지만,불필요한정보가제거된지도는오히려우리에게더유용하다.그지도를높은해상도의지도와비교하는규칙만있다면말이다.
저자는컴퓨터에대한이해를바탕으로네트워크의관점에서우주를바라보며,그것의연결특성과규모에따라물질,생명,마음,사회로나눈다.그러고나서물질을움직이는물리법칙에서시작해생명,마음,사회각각을기술하는과학의핵심변수들과유효모형들을다루며,단순히과학이무엇을설명할수있는지분석하는데그치지않고무엇을예측할수있는지탐구하는데까지나아간다.

목차

들어가며

0장 세가지생각도구:원인,전환,예측
원인과결과|원인-결과연쇄|피드백|네트워크|내적원인과외적원인|통계적원인|양질전환|물리적창발|정보의창발|소멸과대체|예측

1장 물질:기본블록과그연결원리
뉴턴의세계관|뉴턴역학|오메가|결정론|물리계의진화|볼츠만의세계관|볼츠만이전의열역학|확률과통계

2장 컴퓨터:트랜지스터로짜인작은우주
실리콘에서트랜지스터로|트랜지스터에서셀로|아날로그에서디지털로|셀에서기능으로|CPU|소프트웨어|반도체환원주의|하드웨어의진화|기술낙관론

3장 생명:자기조직화네트워크
탄생메커니즘|정보|세포|생명체의정의|네트워크로서의생명체|생명출현의필연성|비선형성|생명의고리|슈퍼프로그램|수정란분화의미스터리|진화|다윈의계몽|유전자중심주의|근사이론의계층|자연선택|어려운동역학|디지털진화|유성생식|복잡성,비가역성,진보|슈퍼프로그램의유전|결정론과결정론적진화|무능한신|순수확률|여러수준의결정론|인공적인비결정론|자기예측|결정론적진화

4장 뇌:자연혹은인공신경망
뇌라는하드웨어|뇌와컴퓨터|추상화,일반화,그리고지능|연결주의와신경다윈주의|의식|첫번째가설:자기모니터링|두번째가설:조율장치|의식의어려운문제|인공지능과중국어방|인간본성|계산되는마음|선택되는마음|본능주의대행동주의|진화심리학|마음의모순|튜링테스트|유전자경계

5장 사회:이기적노드들의생존게임
게임이론|반복적죄수의딜레마|정보의비대칭성|슈퍼슈퍼슈퍼프로그램|사회진화|사회네트워크의오메가,생산력|생산관계의진화|경제시스템|시장선택의원리|한계이론|거시경제학|경제시스템의상부구조|과학기술|사회현상의경제학|환경의경제화|최적화과정|국소적최적화와전역적최적화|부분최적화와전체최적화|비선형사회네트워크|합리적기대가설|이기적게임|초연결사회의비극

나가며

출판사 서평

물리법칙부터인간/집단본성,
기술생태계,자본주의경제까지
세상은어떻게연결되는가

먼저0장「세가지생각도구:원인,전환,예측」에서저자는세상의꼴을그리는데필요한기초적인도구들을소개한다.원인,전환,예측이바로그것이다.인과관계는상관관계와어떻게다른지,확률과통계가개입하거나네트워크를고려할때는무엇을원인이라고말할수있는지,연결이많아지면개별요소로분석하기어려운현상이나타난다는양질전환혹은창발은무엇인지,동역학적예측이불가능한상황에서도통계적예측은왜가능한지등을짚는다.
1장「물질:기본블록과그연결원리」에서는물리학을다룬다.모든과학의기초라는점은차치하더라도,물리학은세상을이해하는방법론의몇가지큰틀을제공한다는점에서주목할만하다.첫째는대상의핵심인자를기술하는변수인'오메가'다.예컨대뉴턴물리학은'점입자(길이와부피가없고시간과공간에서의위치와질량만가진입자)'의모임을대상으로삼는데,이러한점입자는'질량'과'시간에따른위치'라는변수만으로속도와가속도를비롯한모든속성이결정된다.한편열역학에서는'압력','부피','온도','질량'을알면,물리계를완전히기술할수있다.둘째는'연결원리'다.열역학에서다루는온도나엔트로피같은거시적인변수는미시적인입자들의복잡한움직임을평균함으로써얻는다.유효모형,말하자면,해상도가낮은지도를그리는셈이다.그럼에도뉴턴역학을열역학으로,열역학을뉴턴역학으로번역해주며미시세계와거시세계를단단히이어주는연결원리가있으니,바로'볼츠만공식'이다.셋째는'진화원리'다.뉴턴역학을'해밀턴역학'으로다시쓰면,물리계가어떤방향으로진화할지알려준다.열역학에서도마찬가지인데,'열역학제2법칙'은물리계가전체엔트로피가최대가되는방향으로진화한다고말한다.

물질,모든것의기본블록과그들을지배하는법칙
컴퓨터,트랜지스터로쌓아올린세상의작은모형
생명,자기조직화하는대사,인지,면역네트워크
뇌,세포들의네트워크로이루어진거대신경망
사회,이기적본능들의협력/배신네트워크

“물리학,화학,생물학을넘어인간의마음과사회에서까지우주의모든것은연결되어있고연결을통해상호작용한다.하나의전문분야에갇히지않고본질을묻는매우중요한책.”
─김대식,KAIST전기및전자공학부교수·『AGI,천사인가악마인가』저자

뉴턴역학에상호작용하는점입자들의모임이있었다면,생물학에는서로생존동맹을맺은유전자들의집합인개체가있다.어떻게트랜지스터를연결해셀을,셀을연결해기능블록을,기능블록을연결해CPU를구성할수있는지를보인2장「컴퓨터,트랜지스터로짜인작은우주」의내용을바탕으로,3장「생명:자기조직화네트워크」와4장「뇌:자연혹은인공신경망」에서저자는그하나하나가DNA를중심으로조직된네트워크인세포들이모여어떻게대사시스템,인지-반응시스템,면역시스템이라는더큰네트워크들을구성하는지,이러한연결들이모여어떻게다시자기조직화하는네트워크인생명체를구성하는지를밝힌다.
또한질량과시간에따른위치라는점입자의오메가에대응하는생명체의'오메가'로서개체의'번식률'을소개하며,그것의'진화원리'로서'자연선택에의한진화',구체적으로(개체자신의번식성공과자신의유전자를공유하는친족의번식성공을함께고려하는)'포괄적합도이론'을비롯한신다윈주의의기본명제들을살핀다.생명현상의물리학적경계조건을규명한1977년노벨화학상수상자인일리야프리고진과1968년노벨화학상수상자인라르스온사거의비평형열역학,그리고이를보완하는스튜어트카우프먼의자기조직화이론도빠뜨리지않는다.
마지막5장「사회:이기적노드들의생존게임」에서는뇌와뇌의네트워크,정확히는포괄적합도에따라유전자를공유하는범위인'유전자경계'를노드로가지는네트워크를다룬다.저자는자신의생존과번식을최우선과제로삼는이기적노드들로구성된이웃,기업,국가와같은사회네트워크가'생산력'으로특징지어진다는점을보이고,이러한네트워크의연결이'생산력증대'에따라강화되거나해체된다는이른바'시장선택원리'를따른다는점을게임이론을통해이야기한다.특히생산력과경제시스템의밀접한관계에주목하며,신고전주의경제학이론과'국소적·전역적최적화과정','부분·전체최적화과정'에근거해자본주의경제체제와정치,문화,과학기술과같은그상부구조의진화경로를추적한다.

기술발전,소비행태,지역개발사업…
예측불가능해보이는것들의예측가능성
“원리없는예측은맹목적이고,예측없는원리는공허하다”

“예측은어렵다.특히미래에관한것이라면.”뉴욕양키스야구감독요기베라도인정했다.하지만어려운것과불가능한것은다르다.동전을한번던지고앞이나올지뒤가나올지예측할수없을지라도,1만번던지면절반이앞이나오리라는것은예측할수있다.통계학에서말하는'큰수의법칙'때문이다.원리없이예측하려는것은신의계시를기다리는일과다르지않지만,올바른'진화원리'를가지고있다면통계적으로예측가능한것을찾을수있다.간단한예를들어보자.
머지않아좋은성능의컴퓨터를사려면무조건돈을더많이지불해야할것이다.무어의법칙이끝났기때문이다.반도체크기는더이상매년30퍼센트씩줄어들지않는다.데너드스케일링법칙도끝났다.반도체성능은더이상매년20퍼센트씩증가하지않는다.『특이점이온다』의레이커즈와일이나MIT물리학자맥스테그마크같은기술낙관론자들이앞으로도기술이지수함수적으로발전할것이라고말할때면그근거에는언제나무어의법칙과데너드스케일링이있었다.하지만이러한반도체기술발전의법칙들은이미무너졌다.반도체CPR(비용대비성능)의증가율은지속적으로낮아지고있는데,실제로구매자들도새컴퓨터의성능이이전처럼확연하게나아지지않는다는점을체감하고있다.CPR값이증가하지않는다는것은1원으로살수있는계산능력이늘지않는다는것이다.이러한추세는계속될텐데,이는CPR값을올리는것이기술적으로불가능하기때문이아니라,반도체기업이반도체축소비용이더클때반도체를더이상줄이지않을이기적네트워크이기때문이다.
하지만기술발전이느려짐에따라,기술의다양성은획기적으로증가할것이다.과거반도체분야에서는CPU클럭속도를높이고자하는경쟁이지배적이었다.그러다CPU기술발전이둔화되자,산업은GPU,NPU와같은틈새시장을파고드는전략으로방향을바꾸었다.2000년대디지털카메라분야에서50만,100만,200만화소까지화소수경쟁이치열하게벌어지다1억화소가넘어서자,화소수가아닌AI보정기능,센서성능등다양한기술에눈을돌리는것과정확히같은양상이다.물론대규모투자가필요한몇몇산업에서는앞으로도소수의기업들이산업을주도하겠지만,모든산업은일정수준이지나면틈새시장을공략하는방향으로나아간다.이는기본적으로기술발전이유전자탐색공간에서의진화원리를그대로따르기때문이다.
비단기술만이아니다.저자는생산과소비흐름,개인혹은집단의행동,생태계나물리계의거동역시한계이론,효용극대화원리,자연선택에의한진화,포괄적합도최대화원리,최소작용원리와같은진화원리에근거해정확한상태를예측할수없는경우에서조차그것의미래를통계적으로예측하는일이언제나가능하다는점을이야기한다.“근본원리에서시작해계층을오르다보면인간사회를결정하는원리도찾아낼수있을까?또한이것이가능하다면,도대체얼마나올라야그복잡성을모두파악할수있을까?이것이이책이답하고자하는가장중요한질문이다.”