클로드 섀넌 정보이론, 스물한 살 석사 논문이 디지털 세계를 배선한 이야기

대학원생의 석사 논문 한 편이 20세기를 다시 배선했다

역사상 가장 중요한 석사 논문의 저자는 졸업장이 필요한 스물한 살 청년이었어요.

1937년, MIT 대학원생 클로드 섀넌은 졸업 요건을 채우기 위해 논문을 한 편 썼어요.
그런데 그 논문이 훗날 "역사상 가장 중요한 석사 논문"이라는 별명을 얻게 돼요.

섀넌이 증명한 건 단순했어요.
전기 스위치의 켜짐(on)과 꺼짐(off), 이 두 상태를 불 대수라는 수학 체계로 표현할 수 있다는 것이었죠.
불 대수란 참(1)과 거짓(0)만 다루는 수학인데, 19세기 수학자 조지 불이 만들었지만 수십 년 동안 '현실에 쓸모없는 추상 수학'으로 방치된 것이었어요.

섀넌은 그 잊힌 수학과, 벽에 붙어 있는 전기 스위치를 연결했어요.
"스위치 on = 1, 스위치 off = 0, 이걸 조합하면 어떤 논리 계산도 할 수 있다."
결국 이 발상이 모든 컴퓨터 회로 설계의 기초가 돼요.

지도교수조차 이 논문의 파급력을 즉시 알아보지 못했다고 해요.
하지만 수십 년이 지나자 전 세계 공학 교과서에 섀넌의 이름이 실려 있었어요.
당신이 지금 손에 쥔 스마트폰 안의 모든 회로는, 그 스물한 살짜리 과제물의 직계 후손이에요.

0과 1 두 숫자에 우주의 모든 메시지를 담을 수 있다

당신이 지금 이 글자를 읽을 수 있는 이유는, 1948년에 한 수학자가 0과 1이면 충분하다고 증명했기 때문이에요.

섀넌은 당시 벨 연구소에서 일하고 있었어요.
벨 연구소는 미국 전화회사 AT&T의 연구 부서였는데, 섀넌에게 주어진 임무는 간단했어요.
"어떻게 하면 전화 통화 품질을 개선할 수 있을까?"

그런데 섀넌은 거기서 훨씬 근본적인 질문을 던졌어요.
"그래서 '정보'란 도대체 무엇인가?"
결과물이 1948년에 발표된 논문 "통신의 수학적 이론"이에요.

이 논문에서 섀넌은 비트(bit)라는 단위를 만들었어요.
비트란 0이냐 1이냐, 딱 하나의 선택을 담는 정보의 최소 단위예요.
마치 전등 스위치처럼, "켜졌냐 꺼졌냐"라는 한 번의 질문이 비트 하나예요.

더 놀라운 건 섀넌이 증명한 한계예요.
잡음이 가득한 채널에서도, 충분한 비트를 쓰면 정보를 완벽하게 전달할 수 있다는 수학적 한계를 정확히 계산해낸 거예요.
오늘날 와이파이가 끊겨도 영상이 버퍼링만 할 뿐 결국 똑같이 재생되는 이유가 바로 이 원리예요.

지금 이 글이 화면에 뜨는 과정을 생각해보면 신기해요.
서버의 데이터, 와이파이 신호, 화면의 픽셀 하나하나가 전부 섀넌이 정의한 비트로 이루어져 있어요.
그런데 정작 섀넌 본인은 이 논문이 가져올 산업적 파급력에 거의 관심이 없었다고 해요.

디지털 시대의 설계자는 복도에서 저글링을 하고 다녔다

정보 혁명의 아버지가 가장 열정을 쏟은 발명품은, 스위치를 켜면 스스로를 꺼버리는 상자였어요.

섀넌은 벨 연구소 복도를 외발자전거를 타면서 저글링을 했어요.
동료들이 문 앞에 서서 구경하는 동안, 섀넌은 아무렇지 않게 지나쳤다고 해요.

그가 만든 발명품 중에 '얼티밋 머신(Ultimate Machine)'이 있어요.
나무 상자인데, 스위치를 켜면 뚜껑이 열리고 기계 손이 나와서 그 스위치를 다시 꺼요.
그게 전부예요. 아무것도 하지 않는 것을 하는 기계죠.

그런가 하면 1950년에는 테세우스라는 기계 쥐를 만들었어요.
테세우스는 미로 속에서 스스로 길을 찾는 법을 학습하는 기계 장치였는데, 오늘날 관점으로 보면 초기 인공지능 실험에 해당해요.
섀넌은 이걸 "그냥 재미있어서" 만들었다고 했어요.

또 수학적 원리를 주식 투자에 적용해서 상당한 재산을 모으기도 했어요.
하지만 그 방법을 발표하거나 상품화하는 데는 관심이 없었어요.
직장에서 세상을 바꾸는 논문을 쓰고, 퇴근 후에는 쓸모없는 장난감과 놀이에 집중하는 사람이었죠.

그런데 그 '놀이'가 결국 AI 연구의 선구적 실험이었다는 게 아이러니해요.
레고만 만지작거리던 동료가 알고 보니 회사의 미래를 설계하고 있었던 셈이에요.

정보를 정의한 사람이 자신의 기억을 잃어갔다

인류 역사상 정보를 가장 잘 이해한 사람의 마지막 해들은, 정보가 사라지는 시간이었어요.

섀넌은 말년에 알츠하이머병을 앓았어요.
알츠하이머는 뇌 속의 기억과 인지 기능이 서서히 무너지는 병이에요.
그가 세상을 떠난 건 2001년, 나이 84세였어요.

그가 병을 앓는 동안, 인터넷이 폭발적으로 성장했어요.
스마트폰이 나왔고, 스트리밍 서비스가 등장했으며, AI 연구가 다시 주목받기 시작했어요.
그 모든 것의 이론적 뼈대를 만든 사람이 정작 그 사실을 인식하지 못하고 있었어요.

누군가의 전화번호를 저장하면 영원히 남는 시대를 만든 사람이, 정작 자기 가족의 이름을 기억하지 못하게 된 거예요.
섀넌이 정의한 비트 위에서 돌아가는 세상은 날마다 더 커졌어요.
하지만 그 사실을 알 수 있는 유일한 사람의 뇌에서는, 비트가 하나씩 꺼지고 있었어요.

생전에 그는 "세상에서 가장 과소평가된 천재"라고 불렸어요.
아인슈타인이나 튜링처럼 대중에게 잘 알려진 이름은 아니지만, 컴퓨터 과학자 사이에서 섀넌의 위치는 절대적이에요.
그가 없었다면 디지털이라는 개념 자체가 존재하지 않았을 테니까요.

그래서 당신이 오늘 이 글을 읽고, 저장하고, 공유할 수 있는 건 그 스물한 살 청년의 과제물 덕분이에요.
섀넌은 자신이 남긴 것의 크기를 끝내 알지 못한 채 떠났을 거예요.
그가 정의한 비트 수십억 개로 만들어진 이 문장을, 그는 읽을 수 없었으니까요.