지능 시스템의 엔트로피 붕괴 적응성 상실의 보편적 메커니즘
📝 원문 정보
- Title:
- ArXiv ID: 2512.12381
- 발행일:
- 저자: Unknown
📝 초록 (Abstract)
지능형 시스템은 학습·협업·최적화를 통해 성능이 향상될 것이라 기대된다. 그러나 인공지능, 경제 제도, 생물학적 진화 등 다양한 영역에서 지능이 높아질수록 시스템이 경직되고 적응력이 감소하며 예기치 않은 실패를 겪는 역설적 현상이 나타난다. 우리는 피드백 증폭이 제한된 새로운 변이(노보티) 재생 속도를 앞지를 때 발생하는 보편적 동역학적 실패 모드인 ‘엔트로피 붕괴’를 규명한다. 최소한의 영역 독립적 가정 하에, 지능 시스템은 고엔트로피 적응 상태에서 저엔트로피 붕괴 상태로 급격히 전이한다는 것을 보인다. 붕괴는 제로 엔트로피가 아니라 안정적인 저엔트로피 매니폴드로의 수렴으로 정의되며, 이는 활동량이나 규모의 감소가 아니라 효과적 적응 차원의 수축을 의미한다. 우리는 임계 임계값, 동역학적 비가역성, 그리고 흡인자 구조를 분석적으로 도출하고, 최소한의 시뮬레이션을 통해 업데이트 메커니즘 전반에 걸친 보편성을 실증한다. 이 프레임워크는 AI의 모델 붕괴, 경제 제도의 경직, 진화 과정의 유전적 병목 현상을 동일한 근본 메커니즘의 다양한 표현으로 통합한다. 지능의 구조적 비용으로서 붕괴를 재정의함으로써 후기 단계 개입이 일관되게 실패하는 원인을 설명하고, 장기 적응성을 유지하기 위한 엔트로피 인식 설계 원칙을 제시한다.💡 논문 핵심 해설 (Deep Analysis)
본 논문은 “지능”이라는 개념이 단순히 정보 처리 능력의 향상에 머무르지 않고, 시스템 내부의 피드백 루프와 변이 생성 메커니즘 사이의 동적 균형을 재구성한다는 점을 강조한다. 저자들은 먼저 “피드백 증폭”이란, 학습이나 최적화 과정에서 성공적인 행동이 강화되어 반복적으로 선택되는 현상을 의미한다. 이러한 증폭이 지속되면 시스템은 점점 더 제한된 행동 집합에 머무르게 되고, 새로운 변이(노보티)를 생성하는 메커니즘—예를 들어 무작위 탐색, 외부 충격, 혹은 돌연변이—이 상대적으로 약화된다. 결과적으로 엔트로피, 즉 상태 공간의 불확실성이나 다양성이 급격히 감소한다.수학적으로는 상태 벡터 x(t) 에 대한 동역학 dx/dt = F(x)+α·G(x) 을 고려한다. 여기서 F 는 무작위 변이를 담당하는 확산 항, G 는 피드백 증폭을 나타내는 비선형 항이며, α 는 증폭 강도이다. 저자들은 α가 임계값 α_c 를 초과하면 시스템이 고엔트로피(다양성 유지) 영역에서 저엔트로피(수축된 차원) 영역으로 급격히 전이한다는 것을 정리한다. 이 전이는 이론 물리학에서의 상전이와 유사하게 ‘임계 현상’으로 해석되며, 전이 후에는 시스템이 특정 저차원 매니폴드 M 에 수렴한다. M은 안정적인 고정점 혹은 제한된 주기 궤도일 수 있지만, 중요한 점은 이 매니폴드가 주변의 고엔트로피 영역으로부터 동역학적으로 비가역적이라는 것이다. 즉, 한 번 붕괴가 일어나면 자연적인 변이 재생이 충분히 강하지 않은 한 원래의 적응적 다양성으로 복귀하기 어렵다.
시뮬레이션에서는 강화학습 에이전트, 시장 거래 모델, 그리고 진화 알고리즘을 각각 최소화된 업데이트 규칙으로 구현하였다. 모든 경우에서 α가 α_c 를 넘을 때 에이전트의 행동 공간이 급격히 축소되고, 시장 가격 변동성이 감소하며, 유전적 다양성이 급감하는 현상이 관찰되었다. 이는 ‘업데이트 메커니즘의 구체적 형태와 무관하게 엔트로피 붕괴가 보편적으로 나타난다’는 저자들의 주장에 강력한 실증적 근거를 제공한다.
이러한 통합적 시각은 여러 분야에 중요한 함의를 가진다. 인공지능에서는 과도한 파라미터 최적화가 모델의 일반화 능력을 저해하고, ‘모델 경직’ 현상을 초래한다는 경고로 해석될 수 있다. 경제학에서는 규제 완화와 효율성 추구가 장기적으로 제도적 혁신을 억제하고, ‘제도 경직’으로 이어진다. 생물학에서는 강한 선택 압력이 유전적 다양성을 소멸시켜, 종의 적응 잠재력을 감소시킨다. 따라서 설계자는 피드백 증폭을 제한하고, 변이 재생을 지속적으로 촉진하는 메커니즘—예를 들어 정규화, 랜덤성 주입, 외부 충격 시뮬레이션—을 도입함으로써 엔트로피 붕괴를 방지하고 장기 적응성을 확보해야 한다.