- 1678년에 빛의 본질에 대해 격렬한 논쟁이 벌어졌다. 크리스티안 하위 헌스(Christiaan Huygens)는 빛이 파동이라는 자신의 이론을 프랑스 과학 아 카데미에 제출했다. 하지만 빛이 입자의 흐름이라고 확신했던 뉴턴의 견해가 우위를 차지하게 된다. 결국 100년 동안 잘못된 생각이 세상을 지배한 뒤에 문제가 해결되었다. 뉴턴이 틀렸고 빛은 파동이다. 1900년경에 물리학자들은 특정한 금속에 빛을 쪼이면 소량의 전류가 발생하는 광전 효과(photoelectric effect)를 발견했다. 알베르트 아인슈타인(Albert Einstein)은 빛이 광자(photons)라는 아주 작은 입자의 흐름으로 이루어졌다고 추론했다. 뉴턴의 생각이 옳았다. 하지만 뉴턴의 이론이 폐기된데는 충분한 이유가 있었다. 빛이 파동임을 매우 분명하게 보여 주는 실험이 수없이 이루어졌다. 논쟁은 처음부터 다시 시작되었다. 빛은 파동인가 입자인가? 궁극의 해답은 '둘 다였다. 빛은 때로는 입자처럼 때로는 파동처럼 행동한다. 이 모두는 대단히 불가사의한 일이었다. 곧 몇몇 선구자가 수수께끼를 이해하는 방법을 깨닫기 시작하면서 양 자 역학이 탄생했다. 입자의 위치와 입자가 얼마나 빨리 움직이는가와 같 은 모든 고전적인 확실성이 아원자 수준의 물질에는 적용될 수 없음이 밝혀졌다. 양자의 세계는 불확실성으로 가득 차 있다. 입자의 위치를 정확하 게 측정할수록 얼마나 빨리 움직이는지는 더 모호해진다. 더욱이 입자가 어디에 있는가?'라는 질문에는 만족스러운 답이 없다. 최선은 주어진 장소 에 입자가 위치할 확률을 기술하는 것뿐이다. 양자 입자는 입자도 아니고 단지 흐릿한 확률의 구름일 뿐이다. 물리학자들이 양자의 세계를 더 깊이 탐색할수록 모든 것이 더 흐릿해 졌다. 양자의 세계를 수학적으로 설명할 수 있었지만 그것은 이상한 수학이었다. 수십 년이 지나고 그들은 양자 현상이 더 이상 단순화할 수 없을 정도로 무작위적임을 확신하게 되었다. 실제로 양자의 세계는 불확실성으로 이루어진다. 찾아내지 못한 정보나 더 깊은 수준의 설명이 존재하지 않는다. 입 다물고 계산하라.'가 양자 역학의 좌우명이 되었다. 그러니 모든것이 무슨 의미인지를 묻는 곤란한 질문은 하지 말라
- 가족 구성원을 엄하게 다룰 때는 실패가 없었다. 처자식이 깔깔대고 재잘거리자 가정 경제가 무너졌다. 《역경》
- 주사위를 던지는 가장 좋은 방법은 멀리 던져 버리는 것이다. (16세기 속담)
- 16세기와 17세기에 과학계의 위대한 두 인물이 자연계의 수학적 패턴에 주목했다. 갈릴레오 갈릴레이(Galileo Galilei)는 지상에서 구르는 공과 떨어지는 물체의 운동에서, 요하네스 케플러(Johannes Kepler)는 천상에서 화성의 궤도 운동을 통하여 수학적 패턴을 발견했다. 그들의 연구 를 기반으로 1687년에 발간된 뉴턴의 저서 《프린키피아》는 자연의 불확실 성을 지배하는 심원한 수학 법칙을 밝힘으로써 자연에 대한 우리의 사고 방식을 바꿔 놓았다. 거의 하룻밤 사이에 밀물과 썰물에서 행성과 혜성에 이르기까지 수많은 자연 현상을 예측할 수 있게 되었다. 유럽의 수학자들 은 재빠르게 뉴턴의 발견을 미적분의 언어로 바꾸고 열, 빛, 소리, 파동, 유체(fluids), 전기, 자기에 유사한 방법을 적용했다. 수리 물리학(mathematical physics)의 탄생이었다. 《프린키피아》에서 가장 중요한 메시지는 자연이 움직이는 방식 대신 이 를 지배하는 심원한 법칙을 찾아야 한다는 것이다. 법칙을 알면 움직임을 추론할 수 있고 주변 환경에 대한 영향력을 확보하여 불확실성을 줄일 수 있다. 그러한 법칙은 대부분 형태가 대단히 명확하다. 순간순간 시스템의 상태를 상태의 변화율로 표현하는 미분 방정식이 이에 해당한다. 방정식은 법칙 또는 게임의 규칙을 명시한다. 방정식의 해는 과거, 현재, 미래의 모든 순간에서 자연이 어떻게 움직이는지 또는 게임이 어떻게 진행되는지를 구체화한다. 뉴턴의 방정식으로 무장한 천문학자들은 달과 행성의 운동, 일 식이 일어나는 시간, 소행성의 궤도를 매우 정확하게 예측할 수 있었다. 신 들의 기분에 지배되었던 천체의 불확실하고 변덕스러운 운동이 구조와 작동 방식에 따라 완벽하게 결정되는 거대한 우주의 시계 장치로 대치되었다.
- 역사적으로 혼돈은 놀라움의 대상이었다. 공식으로 풀 만큼 단순한 방 정식에서는 볼 수 없는 현상이었기 때문이다. 그러나 푸앵카레의 기하학적 관점에서는 정지 상태나 주기적인 순환 같은 정상적인 유형의 거동들과 전 혀 다를 바 없이 타당하고 평범한 현상이다. 상태 공간의 일부 영역이 국부 적으로는 확장되지만 경계가 있는 영역으로 제한된다면 나비 효과가 필연 적이다. 2차원에서는 이 같은 일이 일어날 수 없어도 3차원 이상에서는 어렵지 않게 벌어질 수 있다. 혼돈하는 움직임은 신기하게 보일 수도 있으나 사실은 물리 시스템에서 흔히 일어나는 현상이며 특히 다양한 혼합 프로 세스가 작동하는 이유다. 하지만 실제 날씨에서 혼돈 현상이 일어나는지를 판단하는 일은 더 까다롭다. 우리는 나비 한 마리의 날갯짓을 제외한 지구의 모든 조건이 변하지 않은 상태로 날씨를 다시 한번 돌려 볼 수 없다. 하 지만 보다 단순한 유체 시스템을 이용한 실험은 이론적으로 실제 날씨가 초기 조건에 민감하다는 견해를 뒷받침한다. 로렌츠를 비판한 사람들이 틀렸던 것이다. 나비 효과는 지나치게 단순화된 모델의 결점이 아니다. 이러한 발견은 기상 예보가 계산되고 제공되는 방식을 바꿔 놓았다. 본래의 아이디어는 방정식이 결정론적이므로 관측의 정확도와 현재의 데이 터를 미래로 투사하는 수치 기법을 개선하는 것이 정확한 장기 예보를 얻 는 방법이란 생각이었다. 혼돈은 그 모든 것을 바꿔 놓았다. 날씨 예측을 수치화하는 기상 예보 분야의 종사자들은 결정론 대신에 범위를 가지는 예보와 예보의 정확도에 대한 추정치를 제공하는 확률 기법으로 전환했다. 실제로 텔레비전이나 웹 사이트에는 가장 가능성이 높은 예보만이 제공되며 흔히 '25퍼센트 강우 가능성' 같은 확률적인 평가가 덧붙는다. 이러한 기본 기법을 앙상블 예측이라 부른다. '앙상블은 수학자라면 집합이라 부를 것에 대하여 물리학자들이 사용하는 멋진 용어다.(열역학에서 나온 용어인 듯하다.) 당신은 하나가 아닌 예보의 집합(앙상블)을 구성한다. 19세기의 천문학자들처럼 현재의 대기 상태를 반복해서 관측하는 방법을 쓰지는 않는다. 그 대신에 당신은 관측 데이터 한 벌을 확보하여 열흘 예보 소프트웨어를 실행한다. 그리고 데이터에 무작위로 작은 변화를 준 뒤에 다시 소프트웨어를 돌린다. 이런 식으로 50번을 반복한다. 무작위로 변화 한 관측 결과에 기초하여 산출된 예측의 50가지 표본을 구할 수 있다. 이 는 사실상 실제로 관측된 수치들에 가까운 데이터로부터 일어날 법한 예 측들의 범위를 탐색하는 것이다. 그 뒤에는 비를 예측하는 예보가 몇 개나 되는지를 세어서 확률을 얻을 수 있다.
- 기후학자들이 자신 있게 단언하듯이 인간의 활동으로 지구가 더워진다면 이렇게 전례 없이 추운 날씨가 계속해서 발생하는 이유는 무엇일까?? 그 답은 인간의 행동이 세상을 더 덥게 만들고 있기 때문이다. 지구의 모든 곳이 같은 정도로 더워지는 것은 아니다. 온난화는 가장 큰 피해를 초래할 수 있는 북극과 남극에서 제일 심각하다. 북극의 더워진 공 기는 제트 기류를 남쪽으로 밀어냄과 동시에 약화시킨다. 따라서 제트 기류의 위치가 더욱 빈번하게 바뀐다. 2014년에는 이 효과가 미국의 동부 지
역으로 차가운 공기를 보냈다. 동시에 미국의 나머지 지역에는 제트 기류가 S형 꼬임을 형성함에 따라 이례적으로 따뜻한 공기가 유입되었다. 그해 7월은 서부 지역의 워싱턴, 오리건, 아이다호, 캘리포니아, 네바다, 유타의 여섯 개 주에서 가장 따뜻한 열 번의 7월 중 하나로 기록되었다.
- 정확한 상승률과 상승이 얼마나 지속될 것인가는 확실치 않지만 향후 수십 년 동안 온도 상승이 일어날 것이라는 데는 모든 모델의 예측이 일치한다. 지금까지의 관측 결과는 1880년 이래로 이미 0.85도의 온도 상승이 일어났음을 보여 준다. 실제로 지구의 온도는 제조업 분야에서 화석 연료가 대량으로 소비되기 시작한 이래 줄곧 상승. 상승률은 가속화되었으며 근년에는 이전보다 두 배 빠른 속도로 온난화가 진행되고 있 다. 지난 10년 동안에는 상승 속도가 느려졌는데, 많은 국가가 부분적으로나마 화석연료 사용을 줄이는 조치를 취한 덕분이었고 08년 금융위기에 따른 전 세계적인 불경기 때문이기도 했다. 이제 상승 속도가 다시 빨라지고 있다. 아마도 가장 심각한 위협은 얼음이 녹고 바닷물이 데워지면서 팽창한 결과 나타나는 해수면 상승일 것이다. 하지만 그 밖에도 해빙의 상실, 영구동토층이 녹는 데 따른 메탄(더욱 강력한 온실가스) 방출, 질병을 옮기는 곤충의 지리적인 분포 변화 등 여러 가지 문제가 속출한다.
- 기상 시스템에 추가로 투입된 에너지는 또한 공기가 흐르는 방식을 변화시킨다. 예컨대 북극 지방이 지구의 다른 지역보다 훨씬 더 더워지는 현상은 현재 진행 중인데, 이는 위도가 높은 지역에서 극 주위로 돌아가는 찬바람인 극소용돌이(polar vortex)의 흐름을 바꾼다. 흐름을 약화시켜 찬 공기가 오래 머물도록 하고 남쪽으로 더 많이 내려가게 한다. 또한 순환하는 찬 공기의 흐름 전체를 남쪽으로 밀어낼 수도 있는데 2018년 초에 바로 그러한 일이 일어났다. 지구 온난화가 평년보다 훨씬 더 추운 겨울을 초래할 수 있다는 말이 역설적으로 들릴지 모르지만 사실은 그렇지 않다. 이 현상은 에너지를 추가하여 비선형 시스템을 교란할 때 일어난다. 유럽에서 평년보다 5도 낮은 기온이 유지되는 동안에 북극 지역은 평년보다 20도 높아진 기온 덕에 따뜻함을 즐겼다. 우리가 과도하게 만들어 낸 이산화탄소가 북극이 찬 공기를 수출하도록 하는 원인으로 작용한 것이다. 지구 반대편에서도 비슷한 일이 생기는데, 이는 훨씬 더 나쁜 재앙이 될 수 있다. 남극에는 북극보다 얼음이 훨씬 많다. 과거에는 남극의 얼음 이 북극보다 천천히 녹는다고 여겼다. 그러나 실제로는 남극의 얼음이 더 빨리 녹고 있으며 물속 깊이 연안 빙상(coastal ice sheet)의 바닥에 가려 알아 채지 못했을 뿐이라는 사실이 밝혀졌다. 이것은 매우 나쁜 소식이다. 연안 빙상은 불안정해지기 쉽고 그렇게 되면 모든 얼음이 대양으로 흘러들 것이기 때문이다. 이미 빙붕(ice shelf)의 거대한 덩어리들이 떨어져 나가고 있다. 극지방의 빙원이 녹는 것은 전 세계에 영향을 미치는 참으로 심각한 문제다. 추가로 물이 유입되어 대양의 해수면이 상승하기 때문이다. 현재는 북극과 남극 지역의 얼음이 모두 녹는다면 해수면이 80미터 이상 상승할 것으로 예상된다. 물론 그렇게 되는 데는 오랜 시간이 걸리겠지만 우리가 무엇을 하든 2미터 정도의 해수면 상승은 이미 피할 수 없을 것으로 여겨진다. 온난화가 1도에 그친다면 이들 숫자가 더 낮아질까. 그렇지 않다. 평 균 온난화가 단지 1도(산업 혁명 이래 실제로 일어난 온도 상승 폭)일지라도 그렇게 되지 않을 것이다. 왜 그럴까? 온난화가 균일하지 않기 때문이다. 온난 화가 가능한 한 작기를 바라는 극지방의 온도 상승률이 온대 지역보다 훨씬 높다. 북극 지역은 평균 5도 더 따뜻해졌다. 남극 대륙의 온난화는 상 대적으로 약해 보여서 덜 위협적으로 여겨졌지만, 이는 과학자들이 바닷속을 살펴보기 전의 이야기였다.
- 투기꾼들은 거품을 만들어 정상적인 기업 활동에 해를 끼칠 수 있다. 그러나 기업이 투기의 소용돌이 속 거품이 될 때는 상황이 심각해진다. 국가의 자본 개발이 카지노 활동의 부산물일 때 국가 경제가 무너질 가능성이 크다. (존 메이너드 케인스, 고용, 이자 및 화폐에 관한 일반 이론)
- “블랙 - 숄스 공식은 금융 분야에서 성서의 위치에 접근해 왔다. 그러나 이 공식을 장기간 사용하면 터무니없는 결과를 초래할 수 있다. 공 정하게 말하자면 블랙과 숄스는 이 사실을 잘 이해했을 것이다. 하지만 그 들의 충실한 추종자들은 두 사람이 처음 공식을 발표하면서 첨부했던 경고들을 무시할 수도 있다." (워렌 버핏)
- 인간의 뇌에는 약 1000억 개의 신경 세포와 100조 개가 넘는 접합부가 존재한다. 특히 교질 세포(glial cell)를 비롯하여 신경 세포와 거의 비슷한 수의 다른 세포들도 뇌의 작동에 관여할 수 있지만 그들의 기능은 아직까지 불가사의로 남아 있다.65 인간 뇌의 커넥톰에 대한 연구도 진행 중인데 이는 뇌를 모사하려는 목적이 아니고 미래의 뇌 연구에 신뢰할 만한 데이터베이스를 제공하기 위함이다. 수학자들이 신경 세포가 열 개인 '뇌'조차 이해할 수 없다면 1000억개의 신경 세포로 이루어진 뇌를 이해하는 일에 무슨 희망이 있겠는가? 기상과 기후의 관계와 마찬가지로 모든 것의 해답은 무슨 질문을 하는가에 달렸다. 신경 세포 열 개 정도의 네트워크는 상당히 세부적으로 이해할수 있다. 뇌 전체가 당혹스러울 정도로 복잡하더라도 일부 영역은 헤아릴 수 있다. 이는 뇌가 구성되는 몇 가지 일반 원리를 찾아낸 덕분이다. 이 같은 유형의 요소를 열거하고 연결 방식을 밝힌 뒤에 상향식으로 연구를 진행하여 전체 시스템의 움직임을 기술하는 '상향식' 접근만이 유일한 방법은 아니다. 뇌의 전반적인 특성과 움직임에 기초한 '하향식' 분석이 가장 명백한 대안이다. 두 가지 접근법을 매우 복잡한 방식으로 혼합할 수도 있 다. 실제로 인간의 뇌에 대한 우리의 이해가 신경 세포 네트워크의 연결 방 식, 흐름을 밝히는 기술의 진보, 네트워크의 거동 방식을 다루는 수학적인 아이디어에 힘입어 빠르게 증가하고 있다.
