제임스 글리크의 카오스 이론에 대하여

제임스 글리크(글릭)에 대하여

제임스 글릭(James Gleick, 1954년 8월 1일 ~ )은 미국의 저술가로, 특히 근·현대과학사에 관한 대중 과학서적들을 다수 저술하였다. 하버드 대학교에서 문학, 언어학을 공부했고, 뉴욕타임스에서 10년 넘게 기자와 편집자로 일했으며, 1987년 출판된 첫 저서 <카오스>를 시작으로 과학사에 대한 내용을 주로 하여 책을 쓰고 있다. 현재까지도 트위터 활동을 하고 있다.

---

나비효과와 카오스 이론의 관계

1970년대 말 미국의 기상학자 로렌츠는 1969년에 아폴로 11호로 우주를 탐험했고, 인공위성까지 쏘아 올린 과학의 발달이 왜 날씨는 확실하게 예보를 못하는지 궁금했다. 그래서 당시 막 등장한 초창기 컴퓨터로 기상 모델을 만들어서 1961년의 날씨 변화를 설명하려 했다. 그런데 이 과정에서 초기 조건값의 수치가 단 0.0001만 차이가 나도, 기상 모델의 날씨가 엄청나게 변한다는 것을 알아냈다.

여러분도 아시다시피, 로렌츠는 1979년 [브라질 나비의 날개짓이 미국의 텍사스주에서 토네이도를 일으킬 수 있을까?]라는 논문을 발표했다. 일명 나비효과.

나비효과는 아주 작은 변화가 엄청난 변화를 일으킬 수 있다는 이론이다. 나비 효과 이론은 이처럼 과학계에서 등장한 개념이지만, 이후 정치, 사화, 경제 등 여러 분야에서 쓰이게 되었다. 
로렌츠는 카오스를 발견한 학자로도 알려져 있다. 날씨처럼 계속 불규칙하게 변하는 것을 카오스라고 한다. 과학이 크게 발전한 현대에도 몇 달후 날씨는 예측을 할 수 없다. 로렌츠는 날씨가 가진 카오스적인 측면과 나비 효과 때문이라고 설명한다. 

 

[뉴욕타임스]의 과학 전문 기자인 제임스 글릭은 과학자 200여 명을 인터뷰하고 논문 수천 편을 검토한 후 [카오스]라는 책을 냈다. 일반인들이 이해할 수 있도록 쉽게 풀어서 카오스 이론의 탄생과 발전, 전망을 설명했다. 나비 효과를 발견한 기상학자 로렌츠, 프랙탈을 발견한 수학자 만델브로 등 카오스 이론을 연구하는 다양한 학자와 이론을 소개하고 있다.

---

무질서 속에서 질서 찾기, 카오스 이론

카오스 이론은 겉으로 보기에는 무질서하고 혼돈스러운 것에서 숨겨진 패턴, 즉 질서와 규칙성을 찾는다. 다시 말해 혼돈, 무질서의 세계에도 알고 보면 나름의 질서를 찾을 수 있고, 불규칙성에서도 일정한 규칙성을 발견할 수 있다는 이론이다.

1970년대 생리학자들은 돌연사의 주요 원인인 심장 활동의 불규칙성을 조사했다. 몸이 건강하면 심장 박동이 규칙적으로 뛰고, 심장에 이상이 생기면 심장 박동이 불규칙적으로 뛴다. 그런데 연구해 보니 매우 불규칙적이고 무질서해 보이던 심장 박동에도 특징적인 변화, 나름 질서가 있었다.

카오스 이론은 상대성 이론, 양자 역학과 더불어 20세기 물리학의 3대 혁명 가운데 하나로 꼽힌다. 물리학, 천문학 분야는 물론 스포츠, 의학, 기상학, 수학, 예술, 정치, 경제학 분야에서 폭 넓게 이용되고 있다.

---

카오스 이론과 프랙탈

프랙탈(Fractal) 이란 무엇인가? 

 프랙탈이란 전체를 부분 부분으로 나누었을 때 부분 안에 전체의 모습을 갖는 무한단계에서의 기하적인 도형이다. 우리가 보는 것은 유한단계의 그림을 보는 것이다. 자기닮음(self-similar, 자기유사성)과 축소에 대한 불변(independent of scale)을 갖는다. 

프랙탈은 자기닮음과 소수차원을 그 특성으로 갖는 기하학이다. 고전적 기하학은 점, 선, 삼각형, 평면, 원, 구 등의 도형을 사용한다. 그 는 유클리드 기하학이 규칙적, 불규칙적인 자연현상을 설명하는 데에는 한계가 있다는 것을 인식하고 자연을 모델링하는 새로운 도구로서 프랙탈을 소개하며 ‘구름은 구가 아니고, 산은 원뿔이 아니며, 해안선은 원이 아니다. 여러 가지 자연의 패턴은 불규칙적이다. 자연은 고도로 복잡하고, 복잡한 정도는 모두 다르다’라고 했다.

 프랙탈이 고전적인 유클리드 기하보다 자연현상을 더 잘 표현할 수 있는 이유는 자기닮음이다. 자연에는 자기유사성의 특징이 많다. 일정기간의 날씨 패턴은 긴 주기의 날씨 패턴과 닮았다. 나뭇가지는 나무와 닮았고, 바위는 산과 닮았다. 프랙탈은 유클리드 기하보다 자연현상을 더 잘 나타낼 수 있다. 프랙탈은 과학 의학, 컴퓨터 등의 응용분야가 많다.

---

2020/03/27 - [인문학, 철학] - 제임스 글리크의 카오스 이론에 대하여

2020/03/26 - [인문학, 철학] - 제인 구달, 자연 그리고 인간

2020/03/25 - [인문학, 철학] - 새뮤얼 헌팅턴의 문명 충돌에 대하여

2020/03/24 - [인문학, 철학] - 조지 리처의 햄버거 철학

2020/03/23 - [인문학, 철학] - 제레미 리프킨의 종말시리즈

2020/03/22 - [인문학, 철학] - 리처드 도킨스에 대하여

2020/03/21 - [인문학, 철학] - 프로이트의 정신분석 이란?

2020/03/20 - [인문학, 철학] - 니체의 허무주의, 차라투스트라는 이렇게 말했다.