혼돈에서 만들어지는 패턴과 질서, 카오스(Chaos) 이론

카오스 - 제임스 글릭 지음, 박배식 외 옮김/누림

뉴욕타임즈 과학분야 기자인 저자 `제임스 글리크`는 2년 8개월여 동안 200여명의 과학자들을 만나고, 방대한 양의 논문을 참조하여 쉽고 재미있게 읽을 수 있는 책을 썼다. 미국 출판 당시 1년 이상 베스트셀러가 되었고, 유럽과 일본, 대만 등지에서도 과학 서적으로는 유례없는 베스트셀러를 기록했다.

`카오스`는 `혼돈`이라는 뜻이다. 태초의 우주는 이 `혼돈` 그 자체였을 것이다. 이 초창기의 우주가 무수한 시간을 거치면서 점차로 일련의 질서를 갖추어 오늘날 우리가 그 신비를 조금씩 알아가고 있다. 처음의 혼돈이 계속되었으면 아마 우주를 `카오스`라고 할 수도 있었겠지만 지금은 경이로울 만큼의 질서를 보이기 때문에 `코스모스`라고 했을 것이다.

자연에서 `엔트로피(무질서도)`는 일반적으로 증가한다고 알려져 있다. 최근에는 이 엔트로피도 자연 감소하는 경향이 있다는 연구결과도 나왔다. 이렇게 엔트로피의 변화가 일견 매우 무질서하게 보이지만 그 속에는 어떤 규칙이 있다. 이렇게 자연 속에서 일어나는 현상이 겉보기에 매우 무질서하지만 거기에 일정한 패턴이 있다고 설명하는 것을 `카오스 이론`이라고 한다.

여기에는 수학이 필수다. 수학이란 넓은 범주에서 보면 우주와 대자연을 표현하는 한 가지 방편이다. 학교에서 배우는 수학은 `선형적`이다. 주어진 문제에 대해 정해진 절차대로 풀다보면 답이 나온다. 그것도 비중이 적은 어떤 특정한 조건을 무시함으로써 딱 맞아 떨어지는.

그러나, 고차원의 수학에서는 딱 떨어지는 정답이 있는 것이 아니다. `비선형`의 영역에서는 `수치해석`이나 `고차원 방정식` 등의 방법으로 접근한다. 이런 방식으로 자연 현상에 대해 연구하다 보면 거기에는 결코 반복되지 않지만 일정한 범위내에서 규칙적인 형태를 보이는 `상`을 볼 수 있다. 여기에는 `선형수학`에서 무시한 작은 조건이나 오차가 분명히 적지 않은 영향을 미친다.

특정한 상태 또는 범위에서 연구 되어지는 상대성 이론이나 양자역학과 달리 이 `카오스 이론`은 우리가 보고 접촉하는 세상의 일상적인 차원에서 적용된다. 그 가장 간단한 예를 보고 싶으면 지금 자판기 앞으로 달려가서 `밀크 커피` 한 잔을 뽑고 그 종이컵을 들여다 보라. 일정한 범위내에서 지 멋대로 움직이는 하얀 크림의 소용돌이가 보인다면 카오스 이론을 몸소 목격하고 있는 것이다.

지금까지의 과학이 연구해온 `코스모스`는 어찌보면 카오스의 일부분이라고 볼 수도 있다. 이 카오스 이론이 `대 통합 이론`으로 가는 길목에서 어떤 역할을 해줄 수 있는지는 알 수 없다. 기대반 우려반이긴 하지만 `나비효과`에서 출발한 `카오스 이론`은 앞으로도 이 세상을 이해하기 위해 과학적인 접근이 활발하게 이루어질 필요성이 있는 분야이다.

카오스(Chaos) 20주년 기념판

마이클 크라이튼의 `쥬라기 공원` 1991년 출간

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