진화와 엔트로피: 제2법칙과의 조화

초록

생물학적 진화가 엔트로피 감소를 요구한다는 오해는 태양으로부터 지구에 공급되는 거대한 엔트로피 증가를 간과한다. 최근 정량적 분석을 보완하여, 진화 과정에서 실제 필요한 엔트로피 감소량을 과대평가한 가정을 없애고, 전체 시스템(지구‑태양)에서 제2법칙이 충돌하지 않음을 보여준다.

상세 분석

이 논문은 진화론 비판자들이 흔히 제시하는 “진화는 엔트로피를 감소시켜 제2법칙을 위반한다”는 주장을 체계적으로 반박한다. 먼저, 엔트로피는 폐쇄계에서만 보존·증가가 적용된다는 점을 강조한다. 지구는 태양 복사 에너지를 지속적으로 흡수하고, 그 과정에서 고온의 광자를 낮은 온도의 지구 복사로 전환하면서 거대한 엔트로피 흐름을 생성한다. 기존 연구는 이 흐름을 정량화했으며, 일일 평균 약 1.5 × 10¹⁷ J K⁻¹의 엔트로피 증가를 제시한다.

그러나 그 연구는 진화 과정에서 실제로 요구되는 엔트로피 감소량을 “한 종당 10⁻⁴⁰ J K⁻¹” 정도로 가정했는데, 이는 생물학적 복제와 변이, 선택 과정에서 발생하는 복잡성 증가를 과소평가한 것이다. 논문은 이 가정을 비판하고, DNA 복제와 단백질 합성에 필요한 최소 자유에너지와 엔트로피 변화를 실제 실험값을 토대로 재계산한다. 결과는 한 세대당 평균 10⁻³⁰ J K⁻¹ 수준으로, 이전 추정보다 10¹⁰배 큰 값이다.

그럼에도 불구하고, 태양으로부터 공급되는 엔트로피 흐름은 여전히 수십 배에서 수백 배 정도 더 크다. 따라서 전체 지구‑태양 시스템은 엔트로피 총량이 증가하는 방향으로 작동한다. 논문은 이와 같은 정량적 비교를 통해, 진화가 국소적인 엔트로피 감소를 일으키더라도 전역적인 엔트로피 증가는 유지된다는 결론을 도출한다. 또한, 엔트로피 감소가 반드시 “질서”와 동일시될 필요가 없으며, 정보 이론적 관점에서 복제와 선택은 시스템의 마이크로상태 수를 재배치하는 과정으로 이해될 수 있음을 강조한다.

마지막으로, 저자는 가정에 의존하지 않는 보다 일반적인 프레임워크를 제시한다. 이는 열역학 제1법칙(에너지 보존)과 제2법칙(엔트로피 증가)을 동시에 만족시키는 “열역학적 열린계” 모델이며, 진화 과정이 이 모델 안에서 자연스럽게 발생한다는 점을 보인다.