자연은 어떻게 움직이는가 by 페르 박

[ 밑줄/연결 ]

 

커다른 사태가 특별한 원인 없이 발생할 수 있다. 

 

복잡계는 질서 정연한 계와 혼돈계의 경계에 있는 임계상태에 있는 계를 말하는데 이 복잡계의 특성은 기존의 환원주의적 접근으로는 파악하기 힘들다.

 

사물을 구성하는 기본단위가 많아지면 구성 단위 사이의 관계가 중요한 역할을 한다. 이때 사물을 이해하기 위해서는 사물을 분석적으로 보기보다는 전체적으로 바라보아야 한다.

 

'BS모형'이라 불리는 이 모형은 어떤 외부 조절변수가 존재하지 않음에도 시스템이 스스로 자기 조직화 임계성을 나타낸다. 이 모형의 핵심은 이른바 '극치 동역학 extreme dynamics'으로 알려진 원리다.

 

자기 조직화 임계성(Self-Organized Criticality, SOC)은 자연을 바라보는 새로운 사고방식이다. 

 

자연이 복잡성을 보이는 이유는 구성 요소가 많은 거대 시스템은 스스로 '임계상태 critical state'로 진화하려는 경향이 있기 때문이다. 임계상태란 평형상태에서 벗어나 있어서 조그마한 자극이 크고 작은 '사태'를 일으킬 수 있는 상태다. 

 

임계상태는 시스템 스스로 '자기 조직화'하는 과정에서 나타난 결과다. 현재까지 발견된 복잡성을 생성하는 일반적 메커니즘은 '자기 조직화 임계성'이 유일하다. 

 

양자역학은 원자의 전가가 불연속적인 특정 에너지를 갖는 상태로만 존재한다는 사실을 말해 준다. 전자는 한 상태에서 다른 상태로 뛰어넘을 뿐 이 두 상태 사이에 존재할 수 없다.

 

복잡계는 그냥 큰 변동성을 가진 계라고 정의하자. 변동성은 여러 크기에서 일어날 수 있다.....복잡계는 계의 변동성의 크기에 서만 일어나는 것이 아니라 모든 크기에서 일어나는 계다.

 

어느 한 수준에서 나타나는 복잡한 현상은 휠씬 기본적인 수준에서 작용하는 물리 매커니즘으로 직접 계산할 수 없다. 그래서 복잡성이 발생하는 과정을 이해하려고 노력하지 않고 그냥 '창발적 emergent으로' 나온 현상이라고 부른다.

 

과학은 두 부류로 나눌 수 있다. 즉, 자연의 법칙을 수식으로 표현하고 이를 이용하여 반복되는 현상을 예측할 수 있다고 믿는 '단단한 hard 과학'과, 내재하는 변동성 때문에 현상을 보고 설명할 수 있다고 믿는 '무른 soft 과학'이다. 물리학/화학/분자생물학 등은 단단한 과학에 속하며 역사/진화/경제학은 무른 과학에 속한다. 

---> 글쎄. 나는 역사/경제학은 현상이 반복되지 않고, 결과에 대한 원인을 설명할 수 없어 법칙/원칙을 알 수 없으며, 대강의 법칙/원칙을 알았다고 주장하는 분들도 미래를 예측하지 못하기 때문에 과학이 아니라고 생각한다. 과학이기보다는 (그렇게 될 거라는, 되었으면 좋겟다는) 믿음이거나 (그렇게 되는 것이 인간, 사회를 위해 좋을 것 같다는) 윤리에 일종이라고 본다. 

 

사실 물리학자들은 어떤 실험의 구체적인 결과를 예측하지 못하고 그저 통계적 특징만을 보여 주는 확률적 이론을 다루는 데 익숙하다. 

 

망델브로는 모든 크기에서 특정한 모습을 보이는 구조를 프랙털이라고 불렀고, 자연이 일반적으로 프랙털 형태를 하고 있다는 놀라운 사실을 최초로 발견한 과학자다.

 

단속평형 punctuated Equilibrium 이론의 개념은, 복잡계 동역학의 핵심이 된다. 거대한 간헐적이고 폭발적인 활동은 평형상태의 시스템에서는 언급하지 않지만 역사, 생물학과 경제학에서는 흔히 나타난다. 

 

모든 종이 어디로도 가지 못하고 제자리에 머물고 있는 협력적인 '붉은 여왕' 상태로 생각할 수 있다. 환경이 끊임없이 바뀌는 상황에서 단일 종의 진화는 헛된 일이 되고 만다.

 

복잡성은 수많은 개체들의 연속적인 적응이 시스템을 전역적인 임계상태로 몰고 가기 때문에 발생한다는 것을 보게 될 것이다. 

 

어떤 면에서 자연은 모든 종의 적응도가 문턱값보다 높은 안정한 상태의 복잡계 네트워크에 도달할 때까지 온갖 종류의 돌연변이를 실험하고 있는 것으로 볼 수 있다. 이것은 자연이 처음부터 설계한 것이 아니라 자기 조직화 과정에 따라 기능적으로 융합한 종의 네트워크를 형성하는 학습과정으로 생각할 수 있다. 

 

[ 자평 ]

 

복잡계는 한 동안 hot 했었고 나도 관심을 가지고 몇 권을 읽어 본 기억이 있다.

아직도 관심은 가지고 있기는 하지만 근래에 읽어 본 책은 거의 없는 것 같다. 출판되지도 잘 되지 않는 것 같고