자연은 협력한다

자연은 협력한다
디르크 브로크만 지음, 강민경 옮김 / 알레 / 2022년 11월

복잡계 과학으로 밝혀지는 이태원의 원인

책을 선택한 이유

복잡계는 수 많은 변수가 복합적으로 적용해

상호작용하면서 영향을 주고 받는다.

복잡계 과학에 대해 알아보기 위해

"자연은 협력한다"를 선택하였다.

"자연은 협력한다"는

1장 복잡성

2장 조화

3장 복잡한 연결망

4장 임계성

5장 티핑 포인트

6장 집단행동

7장 협력

으로 구성되었다.

1장 복잡성

- 버섯처럼 연구하기 에서는

복잡한 시스템은 다양한 구성요소들이 연결되었다.

시스템의 미래상태를 예측하려면 현재의 상태를

알고 정확하게 측정해야 한다.

처음 상태를 측정할 때 발생한 오류가

점점 커지기 때문에 상태 예측이 어려울 수 있다.

세상의 복잡성과 예측 불가능성의

원인이 되는 결정론적 혼돈,

복잡한 시스템의 혼란 속에서

갑자기 새로운 질서나 구조가

생겨나는 창발,

복잡계 과학은 전통적 테두리가 없으며

아무도 답을 찾지 않은 질문에 도전한다.

복잡계 과학의 환원주의 접근법은

시스템의 결정적 특징을 찾아내고

본질적이지 않은 세부사항을 구별해 낸다.

복잡계 과학에 물리학자가 많은 이유,

매커니즘의 핵심을 찾아내는 수학모델을

소개하고,

복잡계 과학은 서로 다른 현상, 분야 등에서

공통적 매커니즘, 보편적 법칙을 찾아내므로

중요하다고 이야기 한다.

2장 조화

- 메트로놈 5개, 널빤지 1개, 음료캔 2개와 유능한 증권 중개인 사이의 공통점 에서는

혼돈스러운 움직임이 갑자기 정돈되는

자발적 동기화 현상은

메트로놈, 태양 흑점 주기, 생체리듬,

포식자-피식자 사이클 등으로 나타난다.

동기화에 따라 작동하는 심장 세포,

동기화가 제대로 이루어지지 않아

뇌가 감당하지 못한 간질,

동기화된 인간의 행동, 전염병 역학,

동기화를 설명하는 구라모토 모델을

소개하고,

동기화는 혼란스럽고 복잡한 것에서

질서가 저절로 발생하는 근본적 현상임을

이야기 한다.

3장 복잡한 연결망

- 당신의 친구들이 당신보다 친구가 더 많은 이유 에서는

몇 단계만 거쳐 원하는 목표에 닿는

작은 세상 효과는 복잡한 신경망의

전형적 특성을 잘 드러낸다.

최대 여섯 사람만 거치면 서로 연결된다는

6단계 분리 법칙 가설은

페이스북 사용자 간 평균 거리로 볼 때

근거 있는 주장이다.

클러스터가 발생하는 사회적 연결망은

부자는 더 부유해 지는 연결망의 법칙,

빈익빈 부익부가 발생하는 마태효과,

파레토 법칙 등을 발생시킨다.

전염병 확산 과정에서 예방접종 대상자를

연결망을 고려해 선정한다면

슈퍼 전파자가 시스템 내에서 사라지게

할 수 있다고 이야기 한다.

4장 임계성

- 모래더미와 팬데믹의 상관관계 에서는

액체였던 물이 고체로 바뀌는 순간이

임계점이다.

임계점은 예측 가능성이 가장 낮은 지점이다.

자연 시스템은 스스로 임계상태에 도달한다.

팬데믹 확산을 방지하기 위해

감염재생산 지수는 중요하다.

중심적 매개변수로 질병 확산 현상을

설명하는 SIR 모델,

집단면역 효과를 설명하는 산불 모델,

아벨 모래더미 모델, 드로셀 산불 모델은

시스템이 스스로 임계점을 찾아 움직이며

시스템 내의 여러 현상이 서로를 조절하는

매커니즘을 설명한다.

시스템이 임계점에 도달했을 때 보내는

매우 강한 변동의 신호,

임계점에 도달했을 때 급격한 생물 진화가

일어났으며, 대멸종은 수없이 발생했다.

혁신의 도약과 지식의 진보는

단속평행설과 멱법칙을 따른다.

산불에서 보여지는 프랙털 이미지,

로마까지 가는 길과 혈관계 모양의 유사성을

살펴보고,

많은 자연현상에서 자기조직화 임계성이

나타나는 이유를 살펴본다.

5장 티핑 포인트

- 유리구슬로 기후 위기를 더 잘 이해하는 방법 에서는

우리의 몸은 3백개 종류의 세포로 이루어진다.

배발생과 세포 분화, 줄기세포,

유전자 조절 연결망을 설명하는

카우프만 모델,

시스템의 동적 균형을 이루는 향상성,

건강한 생태계는 견고한 다중 안전성을

가지고 있다.

티핑 포인트의 비가역성은 시스템을

완전히 다른 균형 상태로 도약시킨다.

티핑 포인트의 원인을 제거해도

원래 상태로 돌아가지 않는 이력현상,

생태계와 기후 변화의 티핑 포인트인

해류의 열염순환,

티핑 포인트에 도달하면 언제든지

세계적 경제위기가 발생할 수 있으며,

생태학적 연결망은 균형을 추구하며

역동적으로 움직여야 함을 이야기 한다.

6장 집단행동

- 찌르레기, 청어, 군대개미와 러브 퍼레이드의 연관성 에서는

새떼는 한 몸처럼 방향을 움직이며

물고기도 무리를 이루면서 포식자를

물리친다.

군중난류 현상의 위험성, 군집행동,

대규모 군중, 집단지성의 문제를

이야기 한다.

대규모 군중을 제어하는 헬빙 모델,

합의 발생 과정, 집단 여론 형성,

급진화와 양극화, 사회적 동질성,

연결망 모델에서 대안적 사실이 통용되는

필터버블 형성과정과 반향실 효과

집단의 본능을 따르는 자동증을 효율적으로

제어해야 함을 이야기 한다.

7장 협력

- 죄수의 딜레마와 장내 세균총에서 배울 수 있는 것 에서는

박테리아를 질병의 병원체로 보거나

생물학적 신진대사의 중요한 요소로

보는 시각이 있지만,

박테리아는 동식물 생존의 필수 요건이다.

다윈의 자연과학적 진화론과 공생발생이론을

비교하고,

공생은 서로 다른 유기체가 결합해

새로운 유기체로 탄생하게 한다.

자연의 전체 연결망이 진화 매커니즘의

지배를 받는 공진화,

미생물군유전체의 개념,

고등생물과 미생물의 상호작용,

가이아 이론, 진화 게임 이론을 소개한다.

세상은 모두 긴밀하게 연결되어 있다.

천하는 오랫동안 나뉘어져 있으면

반드시 합쳐지게 되고,

오랫동안 합쳐져 있으면 반드시

나뉘어지게 된다는

삼국지의 天下大勢 分久必合 合久必分은

역사속에서 자연의 이치를 발견한 명언이

아닐까 싶다.

혼돈 속에서 시스템은 새로운 질서를 만들어내고

부자가 생겨나는 원리와 연결망 네트워크의 관계,

전혀 관련 없어 보이는 상황에서 공통적으로

발견되는 멱법칙,

시스템은 작은 변화로 견고한 균형을 유지하지만

강력한 혼란의 발생은 새로운 균형 상태로

시스템을 변화시킬수 있으며,

임계밀도 이상 군중이 모이면 군중 난류가

발생하며, 정체로 사람들이 더욱 밀집하는

군중 난류 현상으로 발생하는

압사사고는 우리가 경험하는 병목현상과

유사하며 새로운 대처법을 요구한다.

통섭의 시대라고 한다.

서로 다른 분야를 통합해 새로운 방향으로

나아가야 한다.

서로 다른 분야의 차이를 강조하기 보다는

근본적인 매커니즘을 발견하고 연결을 통해

새로운 해결책을 모색하는 복잡계 과학은

통섭의 시대가 요구하는 새로운 관점이라는

생각이 든다.

학산문화사 와 문화충전 서평단에서

"자연은 협력한다"를 증정해주셨다.

감사드린다.