“복잡계 과학자의 생생한 통찰이 담긴 멋진 책”_김범준 교수 추천

2000년 1월, 세계적인 물리학자 스티븐 호킹은 한 인터뷰에서 이다음 세기에는 어떤 일이 벌어질 것 같으냐는 질문에 “다음 세기는 복잡성의 세기가 될 것이다!”라고 말했다. 스티븐 호킹은 우리 시대의 최신 기술 발전과 위기 극복 방법을 이해하는 데 전혀 다른 방향으로 뻗는 과학 분야의 가지 사이의 유사점과 연관성, 그리고 공통점을 탐구하는 접근법이 도움이 될 것이라 생각한 것이다. 자연재해와 세계화로 인한 문제, 전쟁, 테러, 기후 위기, 디지털화에 따른 결과, 음모론 등을 대단히 복잡하고 다면적일 뿐만 아니라 서로 연관이 있다. 문제 해결과 앞으로 발생할 재앙에 더 철저하게 대비하기 위해서는 우리는 모든 것을 연결해 생각해야 된다.

복잡계 과학은 경제, 자연, 사회 및 전염병에서 어떻게 작동하는가?

-부자는 왜 더 부유해지는가?
-내 친구들은 왜 나보다 친구가 더 많은 걸까?
-수천 마리나 되는 새 떼들은 어떻게 충돌하지 않고 한 방향으로 날아갈까?
-도널드 트럼프는 2만 2,000번이나 거짓말을 했음에도 2020년 대통령 선거 때 7000만 명이나 되는 미국인들은 왜 트럼프에게 표를 줬을까?

이런 이해할 수 없는 사회현상과 자연현상을 더 깊이 이해하기 위해서 우리는 모든 것을 연결해 생각해야 한다. 저자는 복잡계와 폭넓은 분야에 걸쳐 연구하고 있는 세계 유수한 과학자들의 연구 사례와 자연현상을 연결시켜 복잡한 현상이 어떻게 성립하고 그것이 어떤 숨겨진 법칙을 따르는지를 밝혀낸다.

자연은 스스로 조화를 이룬다

먹이사슬이나 서식지의 균형 등이 대표적인 예이다. 사람이 살아가는 데 이러한 조화와 때맞춤은 중요하다. 심장박동이 대표적이다. 전기신호는 심장을 뛰게 만드는데, 이러한 전기신호는 신경계의 때맞춤으로 인해 형성된다. 이외에도 산발적으로 시작된 박수가 결국 같은 박자로 맞춰진다던지, 시장에 적정 가격이 형성되는 과정 또한 조화와 때맞춤의 결과다. 코로나의 전파에도 이러한 때맞춤이 중요하다. 정부의 대응은 언제나 한 박자 늦곤 한다. 때에 맞춘 규제만이 전파를 효과적으로 막을 수 있을 것이다.

잘못된 정보와 음모론, 전염병은 왜 더 빨리 퍼지나?

위키피디아는 수많은 하이퍼링크로 연결되어 있는 거대한 네트워크이다. 우리의 세상도 별반 다르지 않다. 여섯 다리만 걸치면 세계 모두를 알게 된다는 이야기를 알고 있는가? 실제로 페이스북의 통계를 보면 이것이 사실임을 알 수 있다.

코베르트 코흐 연구소(우리나라 질병관리청)의 전염병 모델링 전문가인 저자는 사람 간의 관계와 접촉을 추적하는 연구는 코로나 시국에 특히 잘 활용되고 있다고 말한다. 사회적 연결망에 연결 고리가 생겨나는 과정을 설명해주는 주주자자키 모델(Jujujajaki networks)을 소개한다. 여기에는 무리와 무리를 잇는 연결책이 존재하며, 개개인이 가진 관계의 수는 일반적으로 정규 분포를 따른다. 백신 접종은 전염병의 고리를 끊어버리는 역할을 한다. 따라서 이론적으로는 슈퍼 전파자가 될 수 있는 사람, 즉 연결책이 백신을 접종하면 더욱 큰 효과를 발휘하게 된다. 이러한 연구는 단순 연결망이나 시스템뿐만 아니라 신경 회로나 생태계, 금융 관련 연구에도 활용될 수 있다.

미국인은 트럼프를 왜 대통령으로 뽑았나?

철새의 이동, 꿀벌이나 개미, 물고기 떼의 움직임, 이러한 현상은 집단행동으로 설명할 수 있다. 사람도 마찬가지다. 메카나 퍼레이드에 모인 사람들의 움직임이 대표적인 예시이다. 이언 쿠진의 연구 결과에 따르면, 물고기 떼에는 중앙 컨트롤 타워가 존재하지 않고, 주변 물고기의 움직임을 따르는 것에 불과하다. 일종의 사회적인 힘인 것이다. 이는 사람에게도 똑같이 적용된다.

집단행동에 의한 의사결정에서 흥미로운 점은, 이러한 결정이 개개인이 내리는 결정보다 똑똑하거나 멍청할 수 있다는 점이다. 미국인이 트럼프를 대통령으로 뽑은 것이 대표적인 예다. 저자는 무엇이 이러한 결정에 영향을 미치는 것인지 여러 수학 모델을 예시로 들며, 이러한 집단행동을 잘 이해하고 분석하면 우리가 더 나은 결정을 내릴 수 있도록 유도할 수도 있다고 말한다.

자연은 경쟁이 아닌 협력을 통해 지구를 지배했다

미국의 진화생물학자 린 마굴리스에 따르면 바로 협력과 공생으로 가는 비약적인 발걸음이 근본적인 요소가 되어 진화가 발생했다. 과거에는 협력이 고등한 삶의 형태라고 믿어왔지만, 이는 사실이 아니다. 동물들과 식물들도 서로 살아남기 위해 공생관계를 도모해 왔다.

다윈의 진화론 ‘적자생존’은 어느 순간부터 경쟁 구도로 잘못 해석되었고, 나치 등에 의해 정치적인 의도로 활용되기도 했다. 하지만 진화는 경쟁과는 거리가 멀다. 우리의 생태계는 촘촘하게 얽혀 있고, 서로 긴밀하게 영향을 주고받기 때문에, 종의 진화는 다른 종의 진화와 유기적으로 진행된다.

우리가 계속해서 살아남기 위해서는 이러한 역사를 잘 알고, 배울 점을 찾아야만 한다. 이를 위해서는 통합적인 사고가 필요하다. 그리고 바로 지금 우리는 자연의 가장 성공적인 전략인 협력부터 배워야 한다.

추천사

김범준 (성균관대학교 물리학과 교수, 『복잡한 세상을 이해하는 김범준의 과학상자』저자)
우리 인간뿐 아니라, 세상 모든 것은 다른 모든 것과의 연결 없이 단 한순간도 생존할 수 없다. 우리가 맞닥뜨리고 있는 다양한 위기의 극복에도 연결에 대한 과학적 이해와 해결책을 모색하는 데 전 지구적 차원의 협력이 필수적이다. 이론물리학 분야를 전공하고 복잡계 과학의 연구에 뛰어들어 훌륭한 연구 결과를 연이어 발표하고 있는 저자는 “복잡계 과학은 위기에서 규칙을 발견하고 모든 것들이 어떻게 연관되어 있는지를 이해하도록 우리를 도울 도구 상자가 될 수 있다”고 말한다. 복잡계 과학자의 시선으로 바라본 자연과 사회는 어떤 모습일까? 자연이 보여주는 생생한 협력의 모습이 궁금한 모든 이에게 이 책을 권한다.

랄프 크라우터 (과학기자, 독일 라디오 방송(Deutschlandfunk))
지구에서 일어나는 다양하고 역동적인 사건에 대해 더 나은 관점을 갖고자 하는 사람이라면 누구나 이 책을 큰 관심을 갖고 유익하게 읽을 것이다.

프랑크푸르트 종합신문 주말판(NZZ am Sonntag)
저자는 복잡계 과학이 자연, 사회 및 전염병에서 어떻게 작동하는지 명확하게 보여준다.

마르쿠스 란츠 (독일 제2텔레비전(ZDF))
디르크 브로크만은 독일이 품고 있어 다행이라고 생각하는 뛰어난 물리학자들 중 한 명이다.

책 속에서

두 번째로 이 책이 해야 할 일은 여러분이 겉으로 보기에는 전혀 다른 자연현상과 사회현상 사이의 분명한 연관성과 공통점을 알아채고 그 근본을 탐구하도록 돕는 것이다. 어쩌면 여러분도 나와 같은 과정을 겪을지도 모른다. 전혀 다른 두 대상 사이의 연관성과 관계성을 찾아내면, 특히 그 연관성이 쉽게 눈에 띄지 않는 것일 때, 손에 넣은 지식이 마법처럼 신기하게 느껴진다. 인간의 안구 운동과 알바트로스나 거미원숭이의 움직임 사이에 어떻게 공통점이 있을 수 있을까? 사람들은 그 공통점의 흔적을 어떻게 찾아낸 걸까? 도대체 어디에 연관성이 있는 걸까? 그리고 우리는 어떤 결론을 내릴 수 있을까?
-pp.20~21 중에서

“다음 세기는 복잡성의 세기가 될 것 같습니다.”
호킹은 우리 시대의 최신 기술 발전과 위기 극복 방법을 이해하는 데 한 가지 접근법이 도움이 되리라 보았다. 그 접근법의 핵심은 전혀 다른 방향으로 뻗은 과학 분야의 가지 사이의 유사점과 연관성 그리고 공통점을 탐구하는 것이다. 자연재해와 세계화로 인한 문제, 전쟁, 테러, 기후 위기, 디지털화에 따른 결과, 음모론 등을 독립적인 현상으로 볼 수 없기 때문이다. 이런 위기는 대단히 복잡하고 다면적일 뿐만 아니라 대개의 경우 서로 연관이 있다.
-p.24 중에서

팬데믹 현상을 총체적인 것으로서 이 책에 소개한 수단을 활용해 관찰한다면 우리는 곧 복잡성의 혼란스러운 양상 속에서 특정한 규칙을 빠르게 찾아낼 수 있을 것이다. 앞서 이미 언급했던 몇 가지 자연의 기본 원칙을 알면 이를 이해하는 데 도움이 된다. 예를 들어 동시다발적으로 발생하는 여러 현상이라든가 간단한 규칙에서부터 집단행동이 탄생하는 과정, 혹은 티핑 포인트가 다가왔을 때 시스템이 보이는 반응, 복잡한 연결망의 특성 등을 알면 좋다. 또 협력이 어떤 역할을 하며 어떻게 발생하는지 알면 도움이 된다. -pp.40~41 중에서

반딧불이, 부정맥, 뇌전증, 코로나 팬데믹의 급증 등에서 발생하는 동기화가 사실은 간단한 수학적 법칙을 따르고 또 따라야만 한다는 사실은 자연현상 안에 숨은 사소한 마법이다. 여기까지 읽었는데도 동기화의 힘을 잘 모르겠다면 라디오를 켜고 흘러나오는 노래에 따라 춤을 춰보라. 단, 박자를 맞추지 않도록 노력하면서 말이다
-p.94 중에서

네트워크 연구는 복잡계 과학 분야의 일부분이자 단일 학과를 뛰어넘는다. 서로 완전히 다른 현상을 보이는 여러 구조, 특히 사회 시스템과 생물학 시스템의 공통점을 제시하기 때문이다. 지난 몇 년 동안 이처럼 모든 분야를 아우르는 네트워크 과학 연구소가 전 세계 여러 국가에 세워졌다. 그리고 다양한 분야를 전공한 여러 능력 있는 학자들이 마치 자석에 이끌리듯 네트워크 연구 분야로 모여들고 있다. 안타깝게도 독일에는 아직 이런 연구소가 없다.
-p.132 중에서

자연계의 변화가 멱법칙을 따른다는 건 자연에서 발생하는 대부분의 변화가 작은 변화이며, 복잡하게 연결된 생태계가 작은 변화를 통해 늘 견고한 균형을 유지하고 있다는 뜻이다. 다른 한편으로 아주 드물지만 강력한 혼란이 발생하면 당황한 시스템은 작은 변화를 통해서는 절대 도달하지 못했을, 새롭고 잠재적으로는 견고한 균형 상태에 도달한다. 자기조직화 임계성이란 단순히 견고함만이 아니라 극단적인 변화를 거쳐 새로운 발전 상태로 나아갈 가능성을 뜻한다.
-p.169 중에서

임계현상은 임계점에 가까워질수록 역동적인 신호를 보낸다. 티핑 포인트도 마찬가지다. 시스템이 서서히 티핑 포인트에 가까워지면 시스템 내에서 발생하는 우연한 변화가 급격해진다. 자연의 모든 시스템은 항상 본의 아니게 주변 환경의 영향을 받는다. 주변의 영향 때문에 균형 상태에서 살짝 벗어나면 시스템이 스스로 다시 균형 상태로 돌아간다.
-p.201 중에서

생태학적 연결망은 오로지 성장만을 지향하지 않고 계속해서 균형을 추구하며 역동적으로 움직인다. 우리 사회의 경제 시스템을 영속적인 것으로 만들려면 수억 년 동안 성공적으로 구조를 유지해 온 생태계를 모방해야 한다. 그러면 심각한 위기를 막고 막대한 비용을 아끼고 경제적 그리고 개인적인 무거운 짐에서 벗어날 수 있을 것이다.
-p.206 중에서

바로 이것이 린 마굴리스가 주장한 내용이다. 그녀는 자연이 경쟁이 아니라 협력을 통해 지구를 지배했다고 말하며 앞선 내용을 덧붙였다. 협력의 원칙은 간단한 윈윈 상황을 거치며 널리 퍼진다. 협력을 통해 새로운 총체적인 유기체가 발생하며, 그 역동적인 진화 과정에서 새로운 생명체가 나타난다. 이끼가 공생하는 유기체라는 사실은 이미 1970년대에 밝혀진 내용이지만 이끼는 당시 예외적인 현상이자 자연의 변종으로 여겨졌다.
-pp.283~284 중에서

아직은 규모가 작지만 점점 더 많은 과학자들이 협력적인 사고방식을 지지하며 조화로운 진화 이론을 전개하기 위해 노력하고 있다. 미래에 어떤 규칙에 따라 자연의 관계가 다양해지고 선택되었는지 명확하게 밝힐 수 있다면 새로운 사고모델에서 실용적이고 사회적인 해답을 찾을 수 있을지도 모른다. 지난 100년 동안 신다윈주의와 사회다윈주의가 서로를 의심하며 치명적인 삶의 구상과 경제 계획을 내놓았다. 바로 고삐 풀린 성장, 독점 대기업, 획일화, 다양성 상실이다. 어쩌면 지금이야말로 자연의 가장 성공적인 전략에서부터 배워서 그것을 우리의 사회 구조에 적용해야 할 시점인지도 모른다. 자연의 가장 성공적인 전략이란 협력이다.
-p.301 중에서

프롤로그_복잡계 과학의 관점에서 바라보기

1장 복잡성
- 버섯처럼 연구하기

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

3장 복잡한 연결망
- 당신의 친구들이 당신보다 친구가 더 많은 이유

4장 임계성
- 모래더미와 팬데믹의 상관관계

5장 티핑 포인트
- 유리구슬로 기후 위기를 더 잘 이해하는 방법

6장 집단행동
- 찌르레기, 청어, 군대개미와 러브 퍼레이드의 연관성

7장 협력
- 죄수의 딜레마와 장내 세균총에서 배울 수 있는 것

에필로그_위기에서 우리를 도울 수 있는 도구 상자, 복잡계 과학

주
참고문헌
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