1. 카오스란 무엇인가?
2. 불확정성이란 무엇인가?
3. 카오스와 불확정성의 역사
4. 우리 주변의 카오스 현상
5. 카오스의 가장자리에서 생겨난 생명
6. 용어 설명
`앗, 이렇게 재미있는 과학이!` 시리즈가 자연 과학의 기본적 지식인 근대 과학을 중점적으로 다루고 있다면, `앗, 이렇게 새로운 과학이!` 시리즈는 현대 과학이 새롭게 탄생시킨 과학 분야에 초점을 맞추고 있다. 컴퓨터와 인터넷의 대중화, 계속되는 우주로의 진출, 속속들이 밝혀지는 생명의 비밀 등 현대 과학으로 인해 미래 사회는 지금까지와 전혀 다른 모습을 띄게 될 것이다.
`앗, 이렇게 새로운 과학이!` 시리즈 제5권 `오락가락 카오스`는 현대 과학에서 새롭게 등장한 과학이론인 카오스 이론과그에 수반되는 우주론에 관한 책이다. 그 동안 서구의 근대 과학은 충분한 자료만 있다면 자연에 존재하는 모든 것들을 하나의 공식으로 표현할 수 있다는 오만에 빠져 있었다. 심지어 18세기 말 프랑스의 과학자 라플라스는 ||^모든 운동체의 미분 방정식을 마들어 낼 수 있다||^는 호언을 하기도 하였다. 복잡한 현실에서 성공적인 전략과 예측을 세우기 위해서는 복잡계적 사고를 갖추어야 한다. 그리고 바로 여기에서 카오스 이론의 중요성이 대두된다. 이 책은 카오스 이론과 그와 관련된 여러 가지 개념을 알기 쉽게 설명하면서, 카오스 이론의 역사,우리 주변의 카오스 현상, 카오스 이론으로 바라본 생태계와 우주론, 가이아 가설, 카오스 이론의 활용 등 카오스 이론에 관한 모든 것을 재미있는 그림가 함께 정리해 준다.
브라질 숲 속에 사는 나비 한 마리가 날개를 퍼덕인 것이 런던에 비를 내리게 할 수도 있다니...그러나 알쏭달쏭 뒤죽박죽 혼돈 속에도 규칙은 숨어 있다. 지금부터 오락가락 카오스를 확실하게 잡으러 가자구. 카오스란 무엇인가? 어떤 일을 시작할 때의 아주 작은 차이가 나중의 결과에 아주 큰 영향을 미칠 때, 즉 초기 조건에 민감할 때 카오스가 발생한다구. 예를 들어 날씨는 초기 조건에 매우 민감해. 그런데 전세계에서 일어나는 모든 일을 한 시도 빠짐없이 관찰할 수 없기 때문에 우리는 법칙을 알고 있더라도 날씨를 정확하게 예측할 수 없지. 그래서 날씨는 불확정성의 법칙을 따르는 카오스라나? 그렇다면 불확정성이란 무엇인가? 과학에서의 불확정성은 일상 생활에서 말하는 불확정성과는 달라. 과학에서 불확정성은 원자나 전자와 같이 아주 작은 대상들을 다룰 때 중요하지. 전자는 입자와 파동의 이중성을 지니고 있는데, 바로 여기서 불확정성이 나타난다는 거야. 어휴,골치 아파. 이렇게 어려운 이론을 도대체 누가 생각해냈지? 카오스와 불확정성의 역사를 살펴 보면 카오스에 관한 개념은 고대 그리스 인들도 갖고 있었대. 한 시인이 말하길, ||^태초에 혼돈이 있었다||^ 라고 했다나? 이밖에 나비 효과를 학문적으로 발견한 미국의 기상학자 에드워드 로렌츠, 전자가 입자인 동시에 파동이라는 사실을 발견한 드 브로이 부자, 양자 불확정성을 발견한 독일의 물리학자 베르너 하이젠베르크, 그리고 광전 효과와 자극 방출을 설명한 천재 과학자 알베르트 아인슈타인 등이 카오스 이론에 기여한 사람들이지. 이들이 없었단면 우리는 우리 주변의 카오스 현상을 이해하지 못하고 복잡한 세계 속에서 갈팡질팡했을 거라구. 마치 불규칙하고 예측하기 어려운 난류처럼 말이야. 그런데 복잡한 계들은 마치 특정 행동 패턴을 향해 끌려가는 것처럼 행동한다는군. 이렇게 사물들이 무엇을 향해 끌려가는 행동패턴을 끌개라고 하고, 우리 오락가락 카오스의 끌개는 이상한 끌개라고 부른대. 카오스 끌개들이 배열 방식은 복잡한 칸토어 집합과 비슷한데, 칸토어 집합에서 중요한 건 그것의 한 부분을 확대했을 때 전체와 똑같은 모습을 하고 있다는거야. 이렇게 자기 유사성을 지니고 있는 것을 프팩탈이라 하는데, 프랙탈 기하학은 우주와 자연의 본질을 완전히 새로운 눈으로 이해하게 해주지. 이젠 우주도 카오스 없이는 안 된다니까! 우주에서 카오스가 작용하는 것을 살펴볼 수 있는 대상으로는 소행성대의 바위들을 꼽을 수 있어. 공룡의 멸종도 6500만 년 전에 지구에 충돌한 소행성 때문에 일어났다나? 그렇다면 카오스는 이렇게 생명체에게 해만 끼치는 나쁜 개념이냐고? 천만에, 카오스의 가장자리에서 생겨난 생명을 보면 진실을 알게 될걸. 기름이 담긴 프라이팬을 가열해 봐. 온도가 점점 올라가면 프라이팬의 바닥에서 기름이 솟아오르기 시작할 거야. 이것을 대류라고 부르는데, 처음에 대류는 매우 어지러운 양상으로 일어나다가, 나중에는 6각형의 대류세포들로 이루어진 아름다운 층을 이루지. 그런데 온도가 더 높아지면 이러한 패턴은 사라지고, 액체는 카오스의 양상을 보여. 이 때 자기 조직화된 패턴은 카오스의 가장자리에서만 나타날 거야. 이처럼 혼돈과 질서를 분리시키는 극도로 얇은 경계선을 카오스의 가장자리라 한대. 이밖에 카오스를 제어하는 연구를 통해 사람에게 사용될 심박 조절장치가 개발되기 직전이고, 도 난류 발생을 감소시켜서 수중 장치의 성능을 향상시킬 수도 있지. 또 앞으로는 디지털 컴퓨터를 능가하는 카오스 컴퓨터가 나올지도 몰라. 세상에! 카오스가 이렇게 중요한 줄 예전엔 미처 몰랐지? 그러니까 마지막으로 용어 설명을 보면서 머릿속에 쏙쏙 집어넣도록!
우리 주변에는 곳곳에 카오스가 숨어 있다. 잠잠했던 화산이 폭발하거나 맑았던 하늘이 갑자기 어두워지고 회오리바람이 몰아치는 등의 갑작스러운 변화, 소용돌이나 홍수로 야기되는 탁류, 신경성 복통, 두통...
이런 현상 모두를 일정한 패턴으로 설명하는 것이 바로 카오스 이론이다.
불과 30년전부터 연구되기 시작한 카오스 이론이 수천년간 의문으로 남아있던 인류의 큰 미스터리에 해답을 주고 있는 것이다.복잡한 현대사회를 살아가는 지성인이라면 반드시 제대로 알고 넘어가야 할 것이 바로 이 카오스 이론이다.
간결하고 명확하게 설명되어 있는 이 책을 통해 정확한 지식을 얻기 바란다. -- 이인식(과학문화연구소장)
중고단행본
바보 빅터
