Hint ≫ 법칙 ≫ 단순함

세상은 생각보다 단순하다

저자 : 마크 뷰캐넌

1. 제일 원인
2. 지진
3. 터무니없는 추론
4. 역사의 우연
5. 운명의 돌쩌귀
6. 자석
7. 임계적 사고
8. 살육의 시대
9. 생명의 그물망
10. 난폭한 변이
11. 모든 의지에 반하여
12. 지적인 지진
13. 수의 문제
14. 역사의 문제
15. 결론을 대신하는 비과학적인 후기

- 멱함수
- 임계점

21세기의 새로운 과학 혁명인 네트워크 과학을 선도하는 대표적인 물리학자 중 한 사람이다. 미국 버지니아 대학에서 이론물리학 박사학위를 받고 『네이처』와 『뉴사이언티스트』의 편집장을 역임하며 과학 전문 기자로 활동하고 있다. 저서로 『넥서스』(세종연구원, 2003)가 있다. 현재 프랑스에 거주하고 있다.

커다란 사건 뒤에 숨겨진 단순한 원인

제1차 세계대전은 어떻게 해서 벌어지게 되었을까? 오랫동안 수많은 역사학자들이 수많은 원인을 제시했다. 독일의 호전성, 식민지 쟁탈전, 참전국들의 지나친 자신감 등등. 그리고 새로운 연구가 지금도 계속해서 나오고 있다. 하지만 이 책의 저자 마크 뷰캐넌은 엉뚱한 곳에서 그 원인을 찾는다. 오스트리아-헝가리 제국의 페르디난트 대공이 탄 자동차가 길을 잘못 들었기 때문이라는 것이다. 복잡한 도심에서 흔히 있는 운전사의 실수 때문에 대공은 저격되었고 그로 인해 1천만 명의 목숨을 앗아간 전쟁이 일어났다.
흔히 우리는 커다란 사건에는 그에 상응하는 큰 원인이 있고 작은 사건에는 작은 원인이 있을 거라고 생각한다. 그러나 실제로는 그렇지 않다. 인류의 운명을 바꿔놓는 커다란 사건도 아주 작은 일로 촉발된다.


모래더미 게임

1987년 물리학자 백, 탕, 위젠필드는 탁자 위에 모래알을 뿌리는 게임을 했다. 모래알을 하나씩 계속 떨어뜨리면, 모래산이 점점 높이 쌓인다. 하지만 모래더미가 커지면서 경사가 점점 가팔라져 나중에는 모래알이 경사면을 타고 조금씩 흘러내리게 된다. 모래알들은 아래로 미끄러져서 더 평평한 곳으로 가고, 모래산은 더 낮아진다. 모래산은 커지다가 줄어들기를 반복하고, 그 둘쭉날쭉한 윤곽은 영원히 요동친다.
세 연구자들은 모래더미가 변하는 과정에서 규칙과 전형을 찾기 시작했다. 그러나 수백만 번 관찰을 했음에도 전형적인 사태는 발견할 수 없었다. 어떤 때는 모래알 하나가 구르는 것으로 끝나기도 했고, 백 개 또는 천 개가 구르기도 했다. 또 어떤 때는 수백만 개의 모래알이 한꺼번에 굴러내려서 더미 전체가 완전히 무너지는 격변이 일어나기도 했다.
이렇게 과도하게 민감한 상태를 ‘임계상태`critical state’라고 한다. 즉 별것 아닌 원인에도 과도하게 민감한 반응을 보여서 격변이 일어날 수 있는 상태를 말한다. 과학자들은 모래더미에서 발견한 임계상태의 특수한 짜임새가 이 세상의 예측 불가능한 격변을 설명할 수 있지 않을까 하는 도발적인 가능성을 제시하게 되었다. 그리고 과학자들은 지진과 산불, 고속도로의 통행량, 주가의 오르내림, 상품의 가격 변동, 그리고 사회 네트워크 등 광범위한 영역에서 네트워크가 ‘임계상태’에서 스스로를 조직화하는 자연스런 경향을 보인다는 사실을 포착했다. 우리는 언제 깨질지 모르는 임계상태의 아슬아슬한 균형 속에서 살고 있는 것이다.


예측할 수 없는 지진

오늘날 과학자들은 지각의 일부가 상승하거나 침강하거나 이동하는 것을 센티미터 단위로 알아낼 수 있는 기술을 가지고 있다. 하지만 이런 기술로도 지진을 예측하는 것은 불가능하다.
지진 현상에는 어떤 규칙성도 보이지 않는다. 지진은 주기적으로 일어나지도 않고, 경고도 없으며, 신호도 없다. 지진을 예측하는 것이 불가능한 이유는, 맨틀 위의 지각이 이루는 단층의 네트워크가 임계상태이기 때문이다.
구텐베르크와 리히터는 지진 현상에서 어떤 법칙을 찾아내는 데 성공했다. 그들은 미국 남부 캘리포니아 지진의 강도와 빈도를 그래프로 그려보았다. 그러자 모든 지진이 놀랄 정도로 비슷한 패턴을 보였다. 전세계의 지진 목록을 살펴봐도 마찬가지였다. 지진이 크면 클수록 더 드물게 일어나는 것이다. 지진의 에너지 방출이 두 배가 되면 빈도는 네 배로 줄어든다.
이 단순한 패턴은 다양한 곳에서 발견되는데, 규모나 빈도를 예측하기 어려운 산불의 경우도 이런 패턴을 보인다.

좁은 세상

1967년 미국의 심리학자 스탠리 밀그램은 독특한 실험을 했다. 그는 편지를 여러 통 써서 그 수신일들에게 보스턴에 사는 어떤 주식중개인에게 보내달라고 부탁했다. 편지에는 그 중개인의 주소를 적지 않고 이름과 직업만 적었다. 이 편지를 받은 사람은 그 주식중개인과 연락이 닿을 만한 사람에게 편지를 보내고 이 편지를 받은 사람은 다시 그런 사람에게 편지를 보냈다. 편지들은 거의 기적적으로 여섯 단계만에 그 주식중개인에게 전달되었다.
이 세상은 모든 사람들이 여섯 단계 만에 연결되는 ‘좁은 세상`small world’인 것이다. 그리고 이런 좁은 세상에서는 임계상태의 거친 변이에 더 쉽게 휘둘린다.


인용된 논문들

1998년 시드니 레드너는 1981년에 출판된 논문 783,339편의 인용 횟수를 조사했다. 레드너의 통계에 따르면 이 논문들 중에서 368,110편이 전혀 인용되지 않았다. 그러나 백 번 이상 인용된 논문들의 인용 횟수 분포는 규모 불변의 멱함수 법칙을 따랐다. 이것은 과학 연구도 모래더미나 지각처럼 임계상태로 조직되어 있음을 나타내는 놀라운 결과였다.
과학에서 큰 혁명과 작은 혁명 사이에는 진정한 구분이 없다. 과학사에서 가장 큰 혁명이라고 불리는 아인슈타인의 상대성 이론도 처음에는 아주 사소한 의문으로 시작되었다. 아인슈타인의 단순한 호기심이 수백 년을 지탱해 온 물리학을 수정하고 상대성 이론을 만들어냈으며, 그 영향이 여러 경로를 따라 퍼져나가 핵에너지와 원자폭탄까지 만들어낸 것이다.
임계상태의 맥락에서 볼 때, 거대한 혁명이라고 해서 반드시 그 원인까지 특별해야 할 이유는 없다. 그것들은 단지 임계상태에서 일어날 수 있는 큰 변이일 뿐이다.