혼돈의 물리학 by 유상균

[ 밑줄/연결 ]

 

생성과 소멸의 필연성을 논증한 맑스는 신이라는 창조주 없이 선택과 변이를 통해 진화하는 자연사적 과정을 해명한 찰스 다윈의 진화론 역시 자신의 사상과 합치한다고 보았다.

 

생명 모두를 개별적인 '낱생명'으로 볼지, 아니면 생명 전체를 하나의 거대한 시스템 '온생명'으로 인식해야 하는지가 이 책의 방점이라 할 수 있다.

 

20세기 이후 과학은 자연의 심오한 질서 체계를 발견하는 동시에 혼돈, 우연, 불규칙성이 그 안에서 어떻게 작용하는지 알려주고 있다...

혼돈의 가장자리라 불리는 상태, 즉 완전한 혼돈도 완전한 질서도 아닌 그 사이의 매우 특별한 영역이 존재한다.

무질서해 보이는 이 시스템 안에서 조직적 질서가 스스로 창발(emergence)하며 역동적으로 변화한다.

(창발: 구성 요소에 없는 특성이나 행동이 전체에서 자발적으로 출현하는 현상으로 '떠오름 현상'이라고고도 한다)

 

데모크리토스가 이미 정해진 원자의 운동에 의한 결정론적 기계론을 주장한 반면 에피쿠로스는 원자가 정해진 궤적에서 우연히 이탈한다는 비결정론적 세계관을 주장한 것이다.

 

여러 사물이나 개념으로부터 공통점을 파악하여 추려내는 것이 추상화이며, 수학은 추상화를 위한 최고의 도구다.

 

1931년 26세의 괴델은 '불완전성의 원리'를 발표했다.

'어떠한 수학적 형식 체계에서도 그 체계 안의 방식으로 체계에 모순이 없음을 증명할 수 없다'라는 좀 어려운 내용이다.

 

하이젠베르크의 '불확정성의 원리'

운동을 예측하는 핵심 물리량인 위치와 운동량을 동시에 정확히 측정하는 것은 근본적으로 불가능하다는 이 원리에 따르면 인간이 자연을 인식하고 측정하는 데는 피할 수 없는 한계가 있다.

 

가장 중요한 결론은 확률, 즉 우연이 미시 세계에 깊이 개입한다는 것이다.

 

전자의 파동성은 어떤 물리적 파동이 아니라 가능성이 만드는 파동, 즉 확률 파동이다.

 

 

관측 결과는 많은 가능성 중 확률적으로 결정되기 때문에 하나의 원인에 의한 하나의 결과라 할 수 없다.

따라서 결정론적이지도 않다. 단지 확률의 범위 안에서 인과적이며 결정론적이라 할 수 있다.

 

 

결론적으로 거시 세계 역시 기본적으로는 양자역학이 적용되지만 크기가 증가함에 따라 파동성을 유지하기가 불가능하므로 뉴턴 물리학만으로도 충분히 이해할 수 있다.

 

카오스는 그저 카오스인 것이 아니라 카오스를 향해 가는 규칙적 절차(주기 배가)가 있다.

질서가 전혀 없어 보이는 결과는 주기 배가처럼 규칙적인 과정이 계속 반복되어 생긴다. 

혼돈속에 질서가 존재하는 것이다.

 

 

카오스는 질서 자체가 배제된 질서 이전의 현상이 아니다. 하나의 현상이 매개변수의 변화에 따라 주기 배가를 거치며 완전한 질서로 부터 카오스로 전이하는 보편적 과정이 존재하며, 그 과정의 구조적 형태가 프랙털이다.

 

에피쿠로스는 

우리는 처음부터 정해진 역사의 흐름 속에 수동적으로 적응하며 살아가는 존재가 아니라 끊임없이 마주침 속에서 변화하며 또 변화를 이끌어온 존재라는 뜻이다.

 

역사를 구성하는 요소가 한 개인이 아니라 많은 개인과 그들 사이의 관계이듯이, 그리고 진화 과정의 주체가 단 하나의 생물종이 아니라 많은 생물과 무생물이듯이 우리는 상호작용하는 수많은 구성 요소로 이루어진 시스템 안에 살고 있다.

 

일리야 프리고진에 따르면 자연 대부분은 비평형상태이고, 평형상태는 오히려 희귀하다.

 

 

 

우리는 규칙적인 우주 질서 속에서 여러 층위의 복잡계 구조의 구성 요소로서 살아가는 존재다.

 

슈뢰딩거는 생명이 가장 높은 수준의 질서를 조직해내는 복잡계임을 강조했다.

 

 

물질대사의 핵심은 유기체가 살아 있는 동안 불가피하게 산출하는 엔트로피를 자신으로부터 성공적으로 털어내는 것

 

 

뉴턴 물리학이 세계의 기계적 질서 체계에 관한 것이라면 복잡계 과학은 다양한 형태로 자기 조직화하는 복잡계적 질서를 의미한다.

 

생물 내에서, 혹은 외부에서 주어진 환경에 따라 동일한 조절유전자들의 기능이 변함으로써 진화가 일어난다.

결과적으로 진화하는 유전자-개체 생명 - 자연 환경이 함께 만들어내는 복잡계적 과정의 결과이다.

 

생명의 핵심은 '정보'라고 보는 견해가 점차 늘고 있다.

중요한 전환은 생명의 정보가 저장되고 복제되고 전달되고 실행되는 방식이 크게 변화할 때 일어난다.

이 전환의 공통점은 복잡계 안에서 더 높은 수준의 질서가 조직된다는 점이다.

 

진화의 진정한 모습은 '협력'과 '역할 분담'이다.

우연성이 지배하는 진화 과정에서 발생한 중요한 전환 모두가 새로운 협력과 역할 분담의 창발을 보여준다.

 

 

[ 자평 ]  깔끔하게 정리되었다. 한 수 거나하게 배웠다. 

 

'무질서', 불확실성', '우연' 등에 대한 주제에 관심이 많고,

특히 저자의 전작을 재미있게 읽었던 기억이 나서 출간되자 마자 읽은 책