인류 원리

(희귀한 지구 가설에서 넘어옴)

Anthropic Principle
人類 原理

1 개요

호주의 이론물리학자 브랜든 카터가 1973년 소개한 명제로, 인본 원리, 또는 인간 중심 원리라고도 한다.[1] 인본주의와는 거의 관계가 없으니 구분할 것.

크게 약한 인류 원리(Weak Anthropic Principle/WAP)와 강한 인류 원리(Strong Anthropic Principle/SAP)로 나뉜다. 약한 인류 원리는 대략 "지적 생명체가 존재할 수 있는 조건을 갖춘 우주에서만 그것을 관측할 지적 생명체가 탄생할 수 있으므로, 관측되는 우주는 반드시 지적 생명체가 탄생할 만한 조건을 갖추고 있다."라는 명제이며, 강한 인류 원리는 좀 더 나아가 "관측되지 않고 멸망하는 우주는 의미가 없으므로, 그런 의미에서는 지적생명체가 탄생할 조건을 갖춘 우주만이 의미있는 우주이다."라는 주장을 기반으로 한다. 아직 이해가 가지 않는다면 밑의 상세 항목 참조.[2]

물리학자들이 미세 조정된 우주나 희귀한 지구 가설에 대응해 많이 써먹는 방식이므로 과학 이론이라고 생각하기 쉬운데, 약한 인류 원리는 항등적인 명제, 즉 truism이고 강한 인류 원리는 truism은 아니지만 과학적으로 검증할 방법이 (현재로서는) 없으므로 과학 이론이라고 말할 수 없다. 오히려 철학 쪽에 더 가깝다.

2 등장 배경

드넓은 우주를 바라보며 요리보고 조리봐도 인간이 살고 있는 지구의 조건이 너무나 인간에게 호의적이고 지구는 그 존재만으로 마치 기적처럼 느껴진다는 것을 설명하기 위해 인류원리가 등장했다. 이 원리에 따르면 "우주가 이렇게 미세조정되었고 지구도 이렇게 적절한 환경에 존재해서 인류가 태어나게 되었다니, 우리는 행운아야!"라고 주장하는 것은 일종의 표본선정편파(selection bias)라고 할 수 있다. 인류원리는 표본의 범위를 존재할 수 있는 우주 전체로 잡아야하는 게 아니라 지적 생명체가 존재할 수 있는 우주로 한정해야 한다고 주장하기 때문이다.

2.1 미세 조정된 우주(Fine-tuned[3] universe)

우주를 이루고 있는 기본적인 물질과 천체 구조들, 그리고 더 나아가 생명체들은, 우주의 기초적인 상수[4] 들이 아주 좁은 범위에 있어야만 존재할 수 있다는 명제이다.

주된 논지는 다음과 같다.

  • 최초의 우주에서 기본 입자들 사이의 네 가지 힘의 비율이 조금만 달랐더라면(예컨대 강력이 2%만 더 셌더라면), 안정적인 원자들은 존재할 수 없었을 것이고 따라서 지적인 생명체는 커녕 안정적인 천체 구조도 등장하지 못했을 것이다.
  • 우주는 우주를 수축시키려는 중력과 우주를 팽창시키려는 암흑에너지가 적절히 균형을 이루면서 팽창하고 있는데, 만약 이 둘 사이의 비율이 조금만 더 컸더라면 우주는 지적 생명체가 탄생할 틈도 없이 수축하여 빅 크런치로 멸망했을 것이고, 조금만 더 작았더라면 안정적인 천체 구조가 생겨날 틈도 없이 빨리 팽창하여 빅 프리즈로 멸망했을 것이다.

아무튼 이와 같이 우주의 여러 상수들이 처음부터 미세조정되었을 확률은 엄청나게 낮은데, 이거야말로 기적이 아니면 무엇이겠냐는 것이 바로 미세 조정된 우주의 논리이다. 저 모든 것들을 전부 우리 우주의 역사에 맞도록 조정하려면 어지간한 조정으로는 어림도 없고 아주아주아주 미세하게 조정해야만 가능하다는 것.

눈치 빠른 위키러들은 직감하겠지만 당연히 신 존재증명 떡밥, 다중우주설을 한꺼번에 건드리는 대형 폭탄급의 떡밥이다. 특히나 지적인 설계자의 개입을 정당화할 수 있다는 점에서인지 종교계에서도 굉장히 우호적으로 대하고 있는 논증. 현실적으로 보면 그만큼 많이 비판받았던 논증이기도 하다.

물론 일부 물리학계에선 위와 같은 제대로 형성되지 못한 우주가 무수히 탄생한 뒤에 확률적으로 '우연히도' 이렇게 안정적인 우주가 탄생했다고 보기도 한다. 쉽게 말해서, 우리 우주 이전에도 몇번이고 빅뱅이 있었고, 그중 대부분은 불안한 우주로서 순식간에 사라졌을테지만, 우리 우주는 그 많은 우주형성 중에서 운좋게도 안정한 구조를 이루게 되었고, 그렇기에 우리가 탄생할 수 있었다는것이다. 우주가 있고 우리가 있었지, 우리가 있고 우주가 있지는 않았다.

2.2 희귀한 지구 가설(Rare-Earth hypothesis)

2000년에 《Rare Earth: Why Complex Life Is Uncommon in the Universe?》라는 책이 출간되면서 본격적으로 지명도를 얻게 된 가설. 영문 위키피디아의 해당 문서에서는 대략 다음과 같은 주장들을 희귀한 지구 가설의 특징으로 들고 있다.

  • 지구는 적절한 은하계의 적절한 위치에 있다.[5][6]
  • 지구는 적절한 종류의 항성 주위를 적절한 거리에서 돌고 있다.
  • 지구와 함께 태양계를 구성하는 다른 행성들이 너무나 적절하다.[7][8]
  • 지구의 궤도는 역시나 적절하게 안정적이다.[9]
  • 지구는 적절한 사이즈의 적절한 유형의 행성이다.[10][11][12]
  • 지구상의 물의 총량과 지표면의 고저차이가 참으로 적절하여 바다와 육지가 역시 적절한 비율로 형성되었다.[13][14]
  • 지구의 판 변동이 복잡한 생물들을 만들어 내기에 역시나 적절하게 기여하였다.
  • 지구의 위성인 달의 크기가 너무나도 적절하다.[15]
  • 지구의 역사 속에서 진화가 적절한 시기와 적절한 방식으로 나타났다.

이 가설을 김대기가 좋아합니다

이와 더불어 또 언급되는 것이 바로 드레이크 방정식이다. 희귀한 지구 가설의 지지자들은 이것을 조금 더 바꾸어서 희귀한 지구 방정식을 만들었으며, 여기에 포함되는 변수들은 다음과 같이 정리된다.

  • 은하 속 생명체 거주가능 영역에 존재하는 항성의 비율
  • 그 항성들 중에서 행성들을 거느리고 있는 비율
  • 그 행성들 중에서 가스형 행성이 아닌 행성의 비율
  • 지구형 행성들 중에서 미생물 수준 이상의 생명이 탄생한 행성의 비율
  • 그 행성들 중에서 복잡한 생명이 탄생한 행성의 비율
  • 그 행성들의 수명 중 다세포 생물이 살아갈 만한 기간이 차지하는 비율
  • 그런 조건을 만족하는 행성들 중에서 거대한 위성을 갖고 있는 행성의 비율
  • 그 행성들 중에서 행성계 속에 거대한 가스 행성을 지니고 있는 행성의 비율[16]
  • 그 행성들 중에서 생물의 대량 절멸을 겪지 않은 행성의 비율

...을 모두 만족하는 행성이 과연 우주에 얼마나 많겠느냐는 것이다.(…) 간단하게 요약하면 '다른시대에 나와 똑같은 인생을 살고있는 사람이 있을까...' 정도

딱 보기에도 알겠지만 희귀한 지구 가설을 거꾸로 뒤집어 보면 "그러니까 외계인은 없을거야 아마"(…)라는 결론도 나온다. 실제로 희귀한 지구 가설은 외계인 떡밥을 다룰 때 종종 등장하며, 종종 미세 조정된 우주 논증을 거꾸로 뒤집는 듯한 방식으로 쓰이기도 한다. 즉, 미세 조정된 우주는 (또 다른 외계인이라 할 수 있는) 인류에게 너무나도 호의적인 우주를 그린다면, 희귀한 지구 가설은 고등 생명체를 잉태하기에는 너무나 가혹하고 적대적인 우주를 그리고 있는 셈. 현재까지는 실제적으로 외계인이 나타난 증거가 없는 현실세계에서 거의 진실에 가까운 주장이기도 하다.

한편 물리학자 S. 웹은 자신의 저서 《모두 어디 있지?》에서 페르미 역설을 소개함과 함께 외계인 존재 떡밥을 다루면서 50가지의 예상 응답을 제시했는데,[17] 희귀한 지구 가설의 주축을 이루는 주장들을 무려 19가지로 세밀하게 분류하여 하나하나 자세하게 논의했다. 그는 여기에서 1) "우주는 무한히 넓다. 우주 어딘가에 충분한 기술력을 지닌 지적 생명체가 없을 리는 없다." 와 2) "그러나 우주는 소위 '거대한 침묵' 을 지키고 있다. 그들이 존재한다면, 우주는 왜 조용한가? 그들은 모두 어디 있는가?" 의 상반되는 현실 사이에서 결과적으로는 희귀한 지구 가설을 잠정적으로 선택하였다. 걔들도 모두 상대성 이론을 이겨내지 못한 것일 수도 있잖아(...) 그는 에라토스테네스의 체의 형식을 빌어서 자신의 19가지의 제약조건들을 일일이 검사한 후 "역시 인류는 외톨이였다" 고 결론내렸다. 한편 그는 더 나아가서 "지구 같은 행성이 더 있을지도 모른다" 는 주장에 대해서 심지어 "그런 기대 자체가 교묘히 포장된 거만함, 내지는 잘난체와 겸손함을 동시에 달성하려는 것이 아닌가?" 라고 도발하기까지 하였다.

그 외에, 생물학계에서는 유일하게,[18] 유신론적 진화론자이자 캄브리아기 대폭발의 권위자인 S.C. 모리스가 희귀한 지구 가설을 지지하고 있다. 정확히 말하면 해당 가설을 소개하면서 긍정적으로 가능성을 열어두는 느낌에 가깝지만, 종종 희귀한 지구 가설의 지지자로서 소개되고 있다.

이에 대한 비판은 거꾸로 외계 행성들의 "적절평범성의 원리" 에 초점을 맞춘다. 연구에 따르면 이미 수학적으로는 수십억 개는 되는 지구가 존재할 수 있으며[19] 문명의 수도 천 단위에는 육박할 것이라는 예측이 있다. 이 희귀한 지구가설에 대한 비판의 핵심이 되는 논리는 당신들 생각보다는 흔하다는 것이다.흔한데 발견된 적은 없다

또한 외계인 관련 떡밥에 얽혀 있는 보다 전통적인 반박으로, 우주의 무한히 넓은 성질을 강조하는 경우도 있다. 더불어, 인류의 존재 자체가 이미 외계 생명에 대한 하나의 긍정적인 신호로 간주될 수 있다고 믿는 사람들도 많다. 이것은 별도로 "동물원 가설" 과도 묘하게 연결되는데, 인류의 존재 자체는 외계 생명의 존재를 의미하긴 하는데, 외계 생명이 인류 몰래 지구를 하나의 동물원 비슷하게 보호구역으로 지정해서 인류가 멸망하지 않고 발전해 올 수 있었다는 식의 가설이다.

3 상세

3.1 약한 인류 원리(Weak Anthropic Principle / WAP)

우주가 관측되려면 반드시 그 안에 지적이고 의식을 가진 생명체가 있어야 하며, 따라서 우리 우주가 지적 생명체가 탄생할 수 있게끔 미세조정[20]되었다는 것은 그리 놀랍지 않다는 원리이다. 즉, 지적인 생명체가 발달할 만큼 '좋은' 조건이 주어지지 않은 우주는 관측되지도 않고 멸망했을 것이고, 따라서 관측되는 우주는 필연적으로 지적 생명체를 가져야 한다는 뜻.

비유를 해보자면 다음과 같다. 당첨번호가 정해진 상태로 발급되는 복권들이 있는데, 이 복권들을 모종의 방법으로 스캔해서 개봉하지도 않고 그 결과를 알 수 있는 기계가 있다. 이 기계는 수백만 장의 복권들을 읽은 뒤에, 단 한 장의 당첨 복권만을 통과시키고 나머지는 버린다. A와 B는 기계를 통과한 유일한 복권을 뜯어서 확인해보고, 당첨번호가 적혀있는 것을 확인한다. 그리고 A는 자신이 엄청난 행운아이며 복권에 당첨된 것은 신이 내린 축복이라고 확신하고, B는 기계를 분해해서 그 작동 원리를 파헤치려고 한다. 이 상황에서 당신은 누가 합리적이라고 생각하는가? 그냥 둘다 사기꾼이다

복권들은 우주, 당첨은 지적 생명체의 존재 여부, 당첨번호는 지적 생명체가 존재할 수 있게 하는 우주의 기초 상수, 기계는 우주의 작동 원리라고 할 수 있다.일반적인 사람이라면 복권이 기계를 통과했으니 당연히 거기에 당첨번호가 적혀있을 것이고, 따라서 A는 절대 행운아가 아니라 필연적으로 당첨번호를 가진 것이라고 판단내릴 것이다.
생각해보면 수백만장의 복권 중에 한 장만 당첨이라고 하더라도 있어도 기계는 그 복권을 통과시킬 것이고, A와 B는 당첨 복권을 갖게 된다. 마찬가지로 다중우주론의 여러 우주 중에서 단 하나의 우주만이라도 지적 생명체가 살 조건을 갖추고 있다면, 그 우주에서 시간이 지난 후에 지적 생명체가 탄생할 것이다. 이 생명체가 자신의 우주에서 당첨번호를 확인하게 되는 것이 필연적이라는 것이 바로 약한 인류 원리다.

이는 어떠한 과학적인 관찰 없이 논리로만 전개된 명제이기 때문에 반증 불가능(unfalsifiable)하며, 따라서 과학 이론이 아니다. 그저 하나의 항등적인 명제일 뿐이지만, 우리 우주가 왜 하필 이렇게 미세조정되었는지의 질문에 매력적으로 대답해주기 때문에 여러 물리학자들에게서 각광받는다.

3.2 강한 인류 원리(Strong Anthropic Principle)

4 비판

  • "인류" 원리라는 이름 때문에 비판받기도 한다. 내용 자체는 지적 생명체가 인류이건 아니건 아무런 상관이 없는데, "인류"라는 이름을 붙인다는 건 꽤나 인간 중심주의적으로 들린다는 것. 이 때문인지 2년동안 이 문서에는 인간 원리가 마치 "우주는 인간을 위해서 존재합니다!"라는 인간 중심주의적인 사상인 것처럼 적혀있었다. 물론 위키피디아의 Anthropic principle 항목만 참고해보면 알겠지만 전혀 그런 내용이 아니다. 이름과 실제가 다른 것의 예시 중 하나가 될 수도.
  • "약한 인류 원리는 단순히 동어반복(tautology)이기 때문에, 우리는 그것을 통해 우리가 아직 모르는 어떠한 것도 설명할 수도 없고 예측할 수도 없다. 강한 인류 원리는, 그저 불필요한 추측일 뿐이다.[21]" - 존 어만, 에르넌 맥멀린, 헤수스 모스테린
  • 우주나 지구의 희귀성에 관한 질문들에 대해 과학적인 대답을 내놓지도 않으면서 오용된다는 문제점이 있다. 즉 적절한 대답을 찾지 못할 때마다 툭툭 튀어나오는, 데우스 엑스 마키나적 명제라는 것.

5 관련 항목

  1. ↑ 그 외의 표현으로서, 영국의 수리물리학자이자 유신론적 진화론자인 존 폴킹혼 경은 자신의 저서에서 인류 원리를 언급하면서, 어쩌면 이것을 탄소원리로 바꾸어 불러야 할지도 모르겠다고 언급한 적이 있다.
  2. ↑ 우주를 예로 들었지만, 지구가 되어도 상관 없다.
  3. ↑ 혹시나 해서 덧붙이자면 fine이라는 단어에는 "미세한", "고운" 이라는 뜻도 있다. 좋게 조정되었다는 뜻이 아니다.
  4. ↑ 대부분 차원을 가지지 않는(dimensionless), 즉 어떤 단위를 쓰느냐에 상관없는 상수들을 말한다. 양성자와 전자의 질량비, 전자기력과 강력의 결합상수 등
  5. ↑ 중심부에는 초거대블랙홀이 있을 뿐더러 별의 밀도가 높아서 초신성 폭발 또는 블랙홀의 감마선 폭발에 끔살당할 확률이 높다.
  6. ↑ 반대로 은하 외각쪽은 무거운 원소들의 밀도가 더 낮다(고 추정된다). 특히 철보다 더 무거운 원소들은 초신성 폭발을 통해서만 생성되므로, 항성의 생성-소멸이 적은 구역은 해당 원소들의 비율이 적을 수 밖에 없다.
  7. ↑ 근처의 수성, 금성, 화성은 작아서 지구의 궤도에 악영향을 주지 않으며, 태양에 끌려서 안쪽까지 들어갔다 나오는 소행성이나 혜성의 궤도를 자주 비틀지 않는다.
  8. ↑ 반대로 바깥쪽의 행성들, 특히 목성은 큰 덩치와 중력으로 외부에서 오는 위험물질(혜성 따위)들을 빨아들여서 내행성들을 보호하는 방파제탱커 역할을 한다.
  9. ↑ 약간만이라도 더 타원궤도였다면 연간 기온차이가 수십도에 이르렀을 것이다. 가까운 예를 들면 화성.
  10. ↑ 목성형 가스 행성에서는 그것이 가스로 구성되어 있는 만큼 생명체를 기대하기가 어렵다.
  11. ↑ 지구형 암석 행성도 작은 행성은 내부가 더 빨리 식어버려서 맨틀의 대류가 일어나지 않으며 따라서 자기장이 없어지고 대기가 항성풍에 날라가 버린다.(=화성)
  12. ↑ 지구보다 더 큰 지구형 행성의 경우는 태양계에 그 예가 없어서 쉬이 결론지을 수는 없지만, 뭐 딱히 더 나아지지는 않을 것이라고 추측중. 예를들면 더 큰 중력 때문에 행성이 형성되는 단계에서 무거운 원소들이 내핵으로 가라앉는 비율이 더 높아서 지각에 금속의 비율이 낮아진다던가, 자기장이 너무 강력해서 생명의 탄생/진화에 악영향을 미친다던가, 지표면의 고저차가 적어서 바다 행성이 되어 버린다던가, 높은 중력 때문에 행성의 역사 초기에 소행성 충돌이 훨씬 더 빈번해서 생명이 진화하는 걸 수시로 리셋방해한다던가, 고중력 때문에 생물들이 모두 키가 작다던가
  13. ↑ 특히 바다는 행성의 기온을 적절하게 유지하는데 있어서 매우 큰 역할을 한다. 바다의 면적이 적으면 그만큼 행성의 기후 변화가 극심해서 생명체가 살 수 있는 공간이 한정되고, 그만큼 진화의 기회도 적었을 것이다. 헌데 반대로 바다가 너무 많았다면 육상생물이 진화할 기회가 너무 적었을 것이다.
  14. ↑ 물이 더 많거나 지표면이 더 평평했었다면 표면이 전부 바다로 뒤덮힌 바다행성이 됐을 것이다. 돌고래같은 고도의 지능을 가진 생명체가 나타났을 수도 있지만, 불, 전기를 사용하고 천체를 관측하며 달에도 사람을 보낸 인류문명같은 유형의 문명을 이루었을 거라고 보기는 솔직히 어렵다.
  15. ↑ 큰 위성은 큰 조석간만의 차를 초래하며, 이것은 다시 생명 탄생의 후보지 중 하나로 일컬어지는 원시 지구의 바닷가 거품 웅덩이들을 많이 만들어냈을 것이다.
  16. ↑ 주지하듯이 지구의 안전에는 목성이 매우 큰 기여를 한다.
  17. ↑ 어지간한 위키러들의 "외계인은 존재할까?" 에 대한 예상 응답도 대부분 다 들어있다.(…)
  18. ↑ 사실 오늘날의 외계인 떡밥에 대해서는 점차 생물학의 지분이 넓어지고 있는 추세이다. 즉, 생물학계의 의견은 갈수록 중요하게 취급되고 있다.
  19. ↑ 여담으로 우리 은하에만 수십억개가 존재할수 있다는 내용이다. 참고로 관측 가능한 범위 내에서 추산되는 은하의 숫자만 수천억 개다. 은하당 평균 수십억개의 지구형 행성이 있다고 감안할 때, 수십억 x 수천억개만 해도 경우의 숫자는 아득하게 늘어간다. 우리 은하가 비교적 큰 은하라는것을 감안한다 할지라도, 이 숫자는 관측 가능한 범위 내의 우주에 있는 숫자에 불과하다는 점을 감안한다면 경우의 수는 고작 수십억 개 불과하지 않다.
  20. ↑ 이에 대해서는 밑의 "미세 조정된 우주" 항목에서 설명한다.
  21. ↑ In its weak version, the anthropic principle is a mere tautology, which does not allow us to explain anything or to predict anything that we did not already know. In its strong version, it is a gratuitous speculation.