카오스 이론과 나비효과
카오스 이론과 나비효과
  • 소인섭
  • 승인 2009.05.21 16:01
  • 댓글 2
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인간의 마음은 예나 지금이나 크게 변한 것이 없다. 예전에도 복잡한 물리적 현상을 규명하려는 시도는 끊임없이 있었다. 그것은 주로 비선형의 불규칙한 현상을 선형으로 근사시키기 위한 통계적 처리 기법들이었다. 그러나 이런 것들은 요철이 심한 땅을 불도저로 고르는 것처럼 하는 방법이어서 대체적인 상황은 판단할 수 있어도 살아 움직이는 실상은 파악할 수 없다. 프랑스의 수학자 아다마르에 의하면 자연현상을 표현하는 방정식은 적어도 세가자의 요건을 충족해야 한다고 한다. 방정식의 해의 존재성으로 초기조건이 주어지면, 즉, 현재의 상황을 알게 되면 미래에 관한 방정식은 반드시 풀린다. 다음으로 해의 유일성으로 현재의 상ㅇ항이 분명하면 방정식의 답은 꼭 한가지로 주어진다. 마지막으로 해의 안정성이란 것이데, 현재의 상황이 조금 변할 때, 방정식의 해도 그에 대응하여 조금씩 변화한다. 앞에 두 가지를 합하여 수학에서는 방정식의 해의 유일적인 존재성이라고 한다. 수학자들은 아다마르에 이 말에 절대적으로 찬성한다. 그러나 자연은 엿장수 맘대로 존재하는 것이 아니며 현실에는 이들 조건에 만족하지 않는 기이한 현상들이 얼마든지 많이 있다. 근대 고학혁명이후 수학자들은 대부분 서구인들이었고, 이들은 독실한 기독교 문화에 젖어 있었다. 그들의 사상의 밑바탕에는 신의 창조물이라는 믿음이 있었고 신은 질서 정연한 창조 작업을 하였다는 생각에 신이 창조한 자연현상에는 당연히 그 뜻이 반영되어 있어야 했다. 신은 주사위 놀음을 하지 않는다는 아인슈타인의 믿음처럼 자연은 신의 작품이기에 질서 정연한 것으로만 여겨왔다. 하지만 그들의 신은 수학자들이 생각한 것보다 훨씬 짓궂은 것 같다. 미래가 유일하게 전개된다는 해의 유일성에 대한 믿음은 양자 역학에서는 지켜지지 않았고 현재가 조금만 변하면 미래도 그 대응해서 조금 변한다는 해의 안정성은 기상학이나 일기예보에서 확인된 나비효과로 인하여 여지없이 무너졌다. 미래의 예측, 즉 해의 존재성마저 도 확정할 수 없다는 것이 이인슈타인의 일반 상대성이론의 결론이다.

이처럼 근대과학의 틀을 벗어나는 현상을 우리는 카오스 현상이라고 하는데 이 현상들의 특징으로는 궤도불안정성, 장기예측불가능성, 그리고 자기닮음과 어트렉터라고 불리는 것들이 있다. 즉, 카오스 현상은 자기닮음과 어트랙터가 그의 실상을 밝히는 열쇠가 된다. 끌어당긴다는 뜻의 어트랙터는 복잡하게 보이는 운동의 중심인 한정된 영역을 말한다. 이것은 마치 어느 목공의 작업장에 들어가면 망치, 끌, 대패, 못, 나무 조각 등등이 어지럽게 널려 있다. 외부인은 혼란스럽고 난잡하게 보일 것이다. 그러나 이들 도구는 목수에 의해 파악되고, 그때그때 작업과정에 쓰이고 있다. 즉, 여기서는 목수가 바로 어트랙터 인 것이다. 바람둥이가 두 여자를 번갈라 만난다면 이때 그의 어트랙터는 2이고 장돌 백이가 주기적으로 다섯 곳의 시장을 돈다면 그의 어트랙터는 5이다. 그러나 수학에서 나오는 어트랙터는 너무나 기묘하고 복잡해서 컴퓨터의 도움을 받아야만 그릴 수 있다. 컴퓨터의 역할이 중요한 이유는 카오스가 주목을 받게 되고 어트랙터를 밝히는 일 때문이기도 하다. 즉 컴퓨터가 새로운 패러다임을 형성하는 새로운 수학의 한 분야인 카오스 이론의 촉매역할을 하게 된 것이다.

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전광수 2009-06-23 14:08:00
어트랙터는 복잡하게 보이는 운동의 중심인 한정된 열쇠
전광수 2009-05-30 19:00:00
카오스 이론의 촉매 역할을 자기닮음과 어츠랙터가 그의 실상을 밝히는 열쇠