책정리

---

동시성의 과학 싱크

저자

스티븐 스트로가츠 지음

출판사

김영사 | 2005-05-09 출간

카테고리

과학

책소개

'싱크'라는 용어는 은근히 우리 일상에 익숙한 용어이다. 부엌의...

---

- 서로 동조하는 경향은 우주에서 가장 일반적인 경향임. 그 이유는 아직 우리가 이해하지 못하고 있지만, 원자에서 동물에 이르기까지, 사람에서 행성에 이르기까지 모두 그러함. 함께 오랜 시간을 지내는 여자친구나 직장동료들은 월경주기가 같아진다는 사실을 흔히 발견함. 난자를 향해 어깨를 나란히 하고 헤엄치는 정자들은 꼬리를 동조해서 흔듬. 싱크로나이즈드 스위밍의 웒여이라고 할까. 동조는 해로울 때도 있음. 간질은 병적으로 고정된 스텝으로 전기를 방출하는 수백만개의 뇌세포로 인해 일어남. 이로 인해 발작과 관련된 주기적 경련이 일어남.
- 반딧불이의 집단행동은 공학작들에게 영감을 주는 정도가 아니라 과학 전체에 대해 중대한 의미를 함축하고 있음. 이는 자기조직화하는 복잡계이면서도 다루기 쉬운 매우 드문 사례의 하나를 제공함. 현대과학의 주요 미해결 문제는 사실상 모두 이런 복잡한 속성을 지니고 있음. 생각해보자. 하나의 세포안에서 폭포처럼 이어지는 생화학적 연쇄반응과 그 세포가 암으로 변화할 때 그 반응이 붕괴되는 과정을. 주식시장이 붐을 일으켰다가 붕괴되는 과정을. 뇌 속에 있는 뉴런 수조개의 상호작용으로부터 의식이 출현하는 것을. 원시 수프에서 그물처럼 일어나는 생화학적 연쇄반응으로부터 생명이 탄생하는 것을. 이 모두의 공통점은 복잡한 그물로 연결된 무수한 행위자들을 포함하고 있다는 점임. 이 모든 경우에 놀라운 패턴이 자발적으로 생겨남. 우리 주변 세계의 풍요로움에 가장 큰 몫으로 기여하는 것은 자기조직화임. 불행히도 인간의 마음은 이런 종류의 문제를 파악하는 데 서툼. 우리에게 익숙한 사고방식은 중앙통제, 분명한 단계를 밟아가며 전달되는 명령, 원인과 효과의 직선적 논리임. 하지만 상호연결된 거대한 계, 모든 행위자가 종국적으로 상호영향을 미치는 체계에서는 위와 같은 표준적 사고방식은 설 자리를 잃고 맘. 단순한 그림이나 말로 하는 논증은 너무 취약하고 근시안적일 수 밖에 없음.
- 화학적 대화가 어떤 기능을 하는지는 아직 미스터리로 남아 있음. 여성들이 무의식적으로 친구들과 같은 시기에 배란하고 임신하려 하고 (그러면 아이 돌보기나 젖 먹이기의 부담을 서로 나누어 가질 수 있음) 적과는 배란주기를 다르게 (희소자원을 두고 경쟁하는 일을 피하기 위해서) 하려고 하는 것일지 모름. 너무 멀리 나간 추론으로 보일지 모르지만 이 시나리오는 다른 포유동물에서는 실제로 벌어지고 있는 것으로 알려져 있음. 동조집단에 속해 있는 들쥐 암컷은 혼자 있는 어미가 키운 암컷보다 더 크고 건강한 새끼를 낳음. 생식의 동조는 집단내의 다른 암컷등리 협력적이라면 모두에게 이익이 됨.
- 포유동물의 경우에는 하나의 마스터시계가 변방의 모든 시계를 통제하고 있다고 믿을 만한 훌륭한 이유가 예전부터 있었음. 마스터 시계는 뇌의 시상하부 어딘가에 있을 것으로 추정됨. 시상하부에 종양이 있는 환자들은 불규칙한 수면-각성주기로 고통받는다는 사실이 의사들에게 알려진 것은 1900년 초반부터임. 마스터 시계는 동물의 생존에 너무나 중요함. 따라서 시곋와 눈을 전용선으로 연결시키는 방향으로 진화가 일어난 것이 분명함. 시냅스 끝마다 도약을 하느라 시간을 지체하느니보다 전용선을 통하는 것이 시간을 절약해줌.
- 햇빛은 우리의 신체를 동조상태로 유지하는 데 가장 중요한 단서로 작용. 햇빛이 일주기 조정자에 미치는 영향은 당시의 체내주기에 따라 달리 나타남. 내부의 시계를 항상 올바른 방향으로 맞추도록 보장하는 진화의 영리한 디자인임. 구체적으로 말하며 늦잠을 잔 날 아침의 햇빛은 시계를 더 빠르게 가게 함. 인체의 일주기 조정자는 약간씩 늦게 가는 경향이 있기 때문에 매일매일 약간씩 조정이 필요함. 타고난 주기가 24시간보다 약간 김. 햇빛이 눈에 들어오면 망막의 광수용체에 화학적 변화를 일으킴. 이때 발생한 전기신호가 신경경로를 따라가서 시상하부의 시신경 교차상핵-일주기 조정자가 있는 부위-에 전달됨.
- 양자 동조는 초전도가 어떻게 일어나는지 설명해줌. 전자는 페르미온이기때문에 사교성이 없음. 그대신 초전도는 전자들이 쌍을 이루게(그러면 전자는 보손으로 변하면서 배타성을 잃고 사교적이 됨) 하는 미묘한 메커니즘에 의존함. 전자쌍이 자발적으로 보스-아인슈타인 응축을 형성, 서로 동조된 합창단원이 되어 금속내부를 아무런 저항없이 흘러 들어가는 게 초전도 현상임
- 구리나 은이 절대 0도에서 1000분의 1도만 높아도 초전도를 일으키지 못함. 하지만 이제 새 이론을 비추어보니 이해가 감. 좋은 전도체라는 것은 흐르는 전자가 격자를 무시한다는 바로 그 이유때문에 전도가 잘 됨. 하지만 전자와 격자가 서로 별도로 움직이기 때문에 이런 물질은 쿠퍼쌍이 생길 기회를 주지 않음. 쌍을 이루는 메커니즘의 핵심은 전자가 격자를 변형(물침대 위를 구르는 볼링공처럼)시키는 능력이라는 점을 기억하자. 그래야 두번째 전자가 앞선 전자가 간 길을 따라갈 수 있음. 물침대가 너무 딱딱해서 볼링공이 굴러도 도랑을 만들지 못하면 다음 공이 같은 코스로 갈 수 없음. 따라서 좋은 전도체는 초전도체에 필요한 쿠퍼쌍을 만들지 못하기 때문에 초전도체로서는 좋지 않음.
- 선형방정식은 법적이기 때문에 다루기가 쉬움. 조각으로 분해할 수 있은 것임. 각각의 조각을 별개로 푼 다음에 모든 조각의 답을 문자 그대로 합치면 원래 문제의 해답이 됨. 선형계에서는 전체는 부분의 합과 정확히 같음. 하지만 선형성은 보다 복잡한 실체의 근사값일 경우가 많음. 대부분의 계는 평형에 가까이 있을 때, 그리고 우리가 거기에 너무 강한 힘을 가하지 않을 때만 선형으로 행동함. 토목공학자는 초고층 빌딩이 바람에 어떤 방식으로 흔들릴지 알 수 있음. 단, 바람이 너무 세지 않다는 전제하에서. 전기 회로의 움직임은 완전히 예측가능함. 요동에 의한 전력급증으로 회로가 타버리기 전에는 계가 통상의 작동범위를 넘어서 비선형으로 움직이기 시작하면 모든 예측이 무효가 됨. 과거의 방정식은 더 이상 효력이 없음.
- 우리의 신경계는 비선형적 요소로 구성되어 있음. 생태학의 법칙들은 우리가 아는 한 비선형임. 에이즈 환자에 대한 약물 칵테일 요법이 효과가 있는 정확한 원이은 우리의 면역반응과 바이러스 집단의 동역학이 모두 비선형이라는 데 있음. 세가지 약물을 혼합복용한 효과는 한가지씩을 별도로 복용한 효과의 합계보다 훨씬 더 강력함. 그리고 인간심리는 절대적으로 비선형적임. 좋아하는 노래 두개를 동시에 듣는다고 기분이 두배로 좋아지지 않음. 이 같은 시너지적 특성이야말로 비선형계의 분석을 어렵게 하는 핵심적 요인임. 비선형계는 분리가 불가능함. 계 전체를 결 맞은 덩어리로서 한꺼번에 검토해야 함. 진동자들로 이루어진 커다란 계가 어떻게 자발적으로 동조할 수 있는가를 이해하려면 이 같은 전체적 사고방식이 필수적임.
- 못이 없어서 말편자를 잃었다네. 편자가 없어서 말을 잃었다네. 말이 없어서 기사를 잃었다네. 기사가 없어서 전투에 졌다네. 전투에 져서 왕국을 잃었다네. (고대의 시)