[논문 리뷰] Declining Volatility, a General Property of Disparate Systems: From Fossils, to Stocks, to the Stars

Bruce S. Lieberman, Adrian L. Melott|arXiv (Cornell University)|2012. 06. 08.

Marine and environmental studies참고 문헌 69인용 수 16

한 줄 요약

이 논문은 고생물학적 계통, 주식 시장, 항성계와 같은 서로 다른 시스템 전반에 걸쳐 감소하는 변동성이 일반적인 성질임을 제안한다. 이는 고도로 변동성이 큰 요소들(높은 발생/멸종 빈도, 주가 변동성, 또는 높은 항성 형성/폭발 빈도)이 시간이 지남에 따라 점차 제거됨으로써 전체 시스템의 변동성이 감소하는 현상이다. 주요 기여는 변동성이 높은 요소들이 영구적인 멸종에 직면할 가능성이 더 크다는 공통된 통계 원칙을 규명한 것이다. 이는 시간이 지남에 따라 점점 더 안정적이고 낮은 변동성의 시스템으로 이어진다.

ABSTRACT

There may be structural principles pertaining to the general behavior of systems that lead to similarities in a variety of different contexts. Classic examples include the descriptive power of fractals, the importance of surface area to volume constraints, the universality of entropy in systems, and mathematical rules of growth and form. Documenting such overarching principles may represent a rejoinder to the Neodarwinian synthesis that emphasizes adaptation and competition. Instead, these principles could indicate the importance of constraint and structure on form and evolution. Here we document a potential example of a phenomenon suggesting congruent behavior of very different systems. We focus on the notion that universally there has been a tendency for more volatile entities to disappear from systems such that the net volatility in these systems tends to decline. We specifically focus on origination and extinction rates in the marine animal fossil record, the performance of stocks in the stock market, and the characters of stars and stellar systems. We consider the evidence that each is experiencing declining volatility, and also consider the broader significance of this.

연구 동기 및 목표

• macroevolution, 금융 시장, 천체물리학과 같은 다양한 시스템에서 감소하는 변동성이 일반적인 성질인지 조사하는 것.
• 높은 발생/멸종 빈도, 가격 변동성, 또는 항성 형성/폭발 빈도를 가지는 변동성이 큰 요소들이 시간이 지남에 따라 체계적으로 제거된다는 가설을 검토하는 것.
• 이 패턴이 진화 이론에 미치는 광범위한 함의를 탐색하는 것. 특히 적응과 경쟁에 초점을 맞춘 뉴다르윈주의 이론에 비해 구조적 제약의 중요성을 강조함으로써 도전하는 것.
• 이 현상이 엔트로피나 프랙탈 기하학과 유사한 보편 원칙으로서 생물학적, 경제적, 물리적 시스템 전반에 적용 가능한지 위치 지정하는 것.

제안 방법

• 페노에로조이크 시대 동안의 세프코스키 종합자료에서 해양 화석 기록 데이터를 분석하여, 계통 수준의 발생 및 멸종 빈도를 중심으로 분석한다.
• 주식 시장 성과의 시계열 분석을 통해 역사적 기간 동안 가격 변동성이 어떻게 변화하는지 평가한다.
• 항성계, 특히 항성 형성 및 초신성 빈도를 분석하여 시간이 지남에 따른 변동성 감소 여부를 평가한다.
• 시스템 간 추세를 비교하기 위해 정규화된 분수적 변화율을 사용하여 공통된 패턴을 식별한다.
• 이산적 사건(예: 종 분화, 주식 시장 폭락, 초신성 폭발)을 연속 시간 내에서 기술하기 위해 포아송 과정과 같은 통계 모델을 적용한다.
• 예를 들어 캄브리아 기간 데이터를 제외한 데이터 서브셋에 회귀 분석을 적용하여 감소하는 변동성 추세의 강건성을 시험한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 매크로진화, 금융 시장, 천체물리학 시스템 전반에서 시간이 지남에 따라 일관되게 변동성이 감소하는가?
• RQ2 왜 더 변동성이 큰 요소들이 시스템에서 사라지며 전체 시스템의 변동성이 순수하게 감소하는가?
• RQ3 감소하는 변동성 원리가 코프의 법칙이나 제로력진화법칙과 같은 기존의 진화 원리와 어떻게 관련이 있는가?
• RQ4 관찰된 변동성 감소가 데이터 오염에 기인한 것인지, 진정한 체계적 동역학에 기인한 것인지 어느 정도인가?
• RQ5 이 현상은 다학문적 적용이 가능한 통합 수학적 프레임워크로 기술될 수 있는가?

주요 결과

• 해양 화석 기록에서 발생 및 멸종 빈도는 캄브리아에서 홀로세에 이르기까지 일관되게 감소하며, 캄브리아 데이터를 제외한 경우 변동성은 0.6에서 0.25로 감소한다.
• 고도로 변동성이 큰 분류군인 삼엽충과 암모나이트는 대량 멸종 사건 동안 비례적으로 더 큰 영향을 받았으며, 이는 변동성이 멸종 위험을 증가시킨다는 가설을 지지한다.
• 주식 시장 데이터는 높은 가격 변동성이 기업 파산 확률을 높임을 보여주며, 생물학적 멸종과 마찬가지로 영구적인 종료점으로서의 역할을 한다.
• 항성계는 우주 시간이 지남에 따라 항성 형성 및 초신성 빈도가 감소하는 경향을 보이며, 천체물리학적 시스템에서도 유사한 변동성 감소 경향이 있음을 시사한다.
• 변동성 감소는 일정 평균 주위의 분산 감소가 아니라, 지형 침식이나 우주 팽창과 유사하게 변화율 자체의 진정한 감소를 의미한다.
• 이 패턴은 여러 데이터 세트와 분석 방법에 걸쳐 강건하며, 이는 데이터 오염이 아닌 근본적인 구조적 원칙을 반영하고 있음을 시사한다.