별과 광물도 '진화'한다고요? 새로운 물리 법칙을 둘러싼 뜨거운 논쟁이 있습니다
핵심 요약 (1-2줄): 눈사람이 녹으면 다시는 눈사람으로 돌아가지 않습니다. 이것을 설명하는 유명한 물리 법칙이 있습니다. 그런데 두 과학자가 정반대 방향의 새로운 법칙을 제안했습니다. 우주에는 질서가 점점 늘어나는 흐름도 있다는 주장입니다.
이게 뭐예요?
눈사람을 떠올려보겠습니다. 날이 따뜻해지면 눈사람은 서서히 녹아 물웅덩이가 됩니다. 하지만 물웅덩이가 저절로 다시 눈사람이 되는 일은 없습니다. 과학자들은 이런 현상을 엔트로피로 설명합니다. 엔트로피(무질서한 정도를 나타내는 물리학 용어)는 늘 커지는 경향이 있습니다. 시간이 지날수록 우주의 엔트로피는 항상 늘어납니다. 이것이 아주 유명한 물리 법칙입니다.
그런데 이상한 점이 있습니다. 우주에는 무질서만 늘어나는 게 아닙니다. 오히려 점점 더 복잡하고 질서 있게 변하는 것들도 많습니다. 별 속에서는 단순한 수소가 뭉쳐 더 복잡한 원소가 됩니다. 지구는 단순한 광물 몇 종류에서 시작했습니다. 지금은 수천 종류의 광물이 생겨났습니다. 그리고 단순한 생명체에서 시작했습니다. 결국 사람처럼 지능을 가진 생명체까지 나타났습니다.
두 과학자, 헤이즌과 웡은 이것이 우연이 아니라고 생각합니다. 이들은 새로운 법칙이 필요하다고 주장합니다. 다윈의 자연선택(환경에 잘 맞는 것들이 살아남아 그 특징이 이어지는 과정) 이론이 있습니다. 이 이론을 생명체뿐 아니라 우주의 모든 것으로 넓히자는 것입니다.
이들의 주장에 따르면, 세 가지 조건이 갖춰지면 질서가 저절로 생겨납니다. 첫째, 아주 다양한 형태로 존재할 수 있는 가능성이 있어야 합니다. 둘째, 새로운 형태를 계속 만들어 내는 과정이 있어야 합니다. 셋째, 그 가운데 일부를 골라내는 '선택' 과정이 있어야 합니다.
예를 들어, 사람의 말소리도 원래 셀 수 없이 많은 소리 중에서 나올 수 있었습니다. 그런데 의사소통에 쓸모 있는 특정 소리들만 살아남았습니다. 그렇게 오늘날의 언어가 됐습니다.
과학자들은 이 '질서'를 숫자로 재는 방법도 제안했습니다. 이것을 기능 정보라고 부릅니다. 실제로 존재하는 형태가, 이론상 가능한 형태 중 얼마나 적은지 나타내는 값입니다.
가장 강력한 증거는 지구의 광물입니다. 지구가 처음 생겼을 때는 광물이 100종류도 안 됐습니다. 그런데 45억 년이 지난 지금은 6,000종류가 넘습니다.
그런데 이 주장은 아직 논쟁 중입니다. 일부 과학자들은 이 이론에 정면으로 반박하는 논문을 발표하기도 했습니다.
왜 중요한가요?
이 주장이 특별한 이유는 두 가지입니다.
첫째, 만약 이 주장이 맞다면 어떨까요? 중력이나 열역학 법칙만큼 근본적인, 새로운 물리 법칙이 하나 늘어나는 셈입니다. 별, 광물, 생명체를 하나의 원리로 설명할 수 있게 되는 것입니다.
둘째, 이 이야기는 과학이 실제로 어떻게 발전하는지 잘 보여줍니다. 대담한 새 주장이 나오면, 다른 과학자들이 반박하고 검증합니다. 그렇게 오랜 논쟁을 거치며 다듬어지는 것입니다.
실제 예시
여기서는 '지구의 광물 종류가 크게 늘어났다'는 결과를 예로 들겠습니다. 100종류도 안 되던 것에서 6,000종류가 넘게 늘어났습니다.
레고 블록이 가득 든 커다란 통을 떠올려보겠습니다. 블록이 아주 많습니다. 이론적으로는 거의 무한한 모양을 만들 수 있습니다.
그런데 아무렇게나 쌓은 구조물은 대부분 쉽게 무너집니다. 반면 튼튼하고 안정적으로 쌓은 구조물은 무너지지 않고 오래 남습니다. 사람들이 레고를 오래 가지고 놀수록 어떨까요? '무너지지 않는 튼튼한 모양'의 종류도 점점 더 많이 발견됩니다.
여기서 무너지지 않고 남은 튼튼한 레고 구조물에 주목해 봅시다. 이는 화학적으로 안정된 광물에 해당합니다. 시간이 지날수록 튼튼한 모양이 더 많이 발견되는 것에 주목해 봅시다. 이는 지구 역사 45억 년 동안 광물 종류가 점점 늘어난 것에 해당합니다. 처음에 100종류도 안 됐던 광물이, 지금 6,000종류가 넘게 된 것에 해당합니다.
다만 이 주장에는 반론도 있다는 점을 밝혀야 합니다. 어떤 과학자들은 이 이론을 비판합니다. 사람과 복잡한 생명체를 지나치게 '기준'으로 삼는다는 것입니다. 세균처럼 단순한 생명체도 수십억 년 동안 아주 성공적으로 살아남았기 때문입니다. 저자들 스스로도 이 점을 인정합니다. 아직 모든 반론에 완벽하게 답하지는 못했다는 것입니다.
정리하면
별부터 광물, 생명체까지 질서가 늘어나는 이유가 있습니다. 이것을 하나로 설명하려는 대담한 이론이 나왔습니다. 다만 아직 논쟁 중입니다.
원본: Graham Shields, "Order from disorder: do we need a new law of physics?" Nature (2026.8.31, 책 서평) https://www.nature.com/articles/d41586-026-02685-0
관련 논문: Michael L. Wong, Robert M. Hazen 외, "On the roles of function and selection in evolving systems," PNAS (2023) DOI: 10.1073/pnas.2310223120
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