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생활정보

카오스 이론

by 파파리아 2020. 8. 6.
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그리스인(人)의 우주개벽설(cosmogonia)에서 

만물발생 이전의 원초상태로 

카오스 이론에 디하여 알아보자

 


여름철 푹푹 삶 아대는 무더위 속에서 

날개 돋친 듯 팔려나가는 것은 

다름 아닌 에어컨, 선풍기, 냉장고 등 가전제품이다. 

 

요즈음 이들 가전제품에서 

찾아볼 수 있는 특징이라면 

카오스(chaos) 이론을 적용한 

모델들이 일반화됐다는 점이다. 

 

에어컨의 경우 설악산, 덕유산 등 

국내 유명 휴양지에서 자연의 바람을 측정,

 이의 물리적 특성 및 카오스 성을 분석해 

이와 유사한 자연 바람을 느낄 수 있도록

 제품에 적용했다는 것이다. 

 

또 선풍기 역시 자연 바람에 숨어있는 

쾌적성을 밝혀 회전 속도조절 및 제어 형태에 적용,

 시원하고 편안한 자연 바람을 제공한다고

 소비자들에게 강조하고 있다.

이들 제품에 적용된 카오스란

 과연 어떤 과학원리인가.

카오스란 본래 그리스어로 

천지창조 이전의 완전한 무질서 즉 혼돈을 의미한다.

그러나 카오스이론에서의 카오스란 

외형적으로 무질서하나 내면적으로

 놀라운 규칙성을 갖고 있는 

현상을 일컫는 말이다.

 


자연현상은 크게 규칙적인 현상과 

불규칙적인 현상으로 양분할 수 있다. 

해가뜨고 지고, 봄 여름 가을 겨울이 되풀이되는 

규칙적인 그 무엇인가가 존재한다는 논리이다. 

언뜻 이해가 되지 않는 논리다.

고무풍선에 바람을 가득 넣은 후 

갑자기 주둥이를 놓았을 때 

풍선의 불규칙한움직임 같은 현상 

또는 한줄기 담배 연기가 공중으로 

올라가다가 거칠게 소용돌이치며 

흐트러지는 현상 속에서 

어떤 규칙성을 발견할 수 있겠는가.

여름이면 어김없이 몰려오는 태풍, 

그 기상의 불규칙한 흐름, 

고속도로를 질주하는자동차의 행렬, 

그러나 현대 과학은 어느 시점에서부터 

이 같은 무질서와 혼돈 속에서

 규칙성이 존재함을 밝혀내고 있다.

 


카오스 이론에 대한 연구는 

1970 년대부터 시작돼 생물학자들은 

돌연사의 주요 원인인 심장활동의 

불규칙성을 조사하던 중 거기에서 

놀라운 질서를 발견했으며

경제학자들은 과거의 주가 변동 자료를

 조사해 새로운 분석을 시도했다.

 


초창기 카오스이론은 

과학자들에게까지 엄청난 충격을 던져 주었다. 

심지어 일부 과학자들은 

카오스 이론에 강한 반감까지 보였다. 

1975 년 메릴랜드대학의 제임스 요크 교수가

 카오스라는 용어를 맨 처음 사용했을 때 

일부 과학자들은 그 용어가 지닌 의미를

 이유로 적지 않은 반발을 보였다. 

카오스가 완전한 무질서를 의미한다면 

규칙성을 찾는 과학의

 연구대상이 될 수 없다는 생각 때문이다.

그로부터 10 년 뒤 카오스는 

과학의 구조를 새로운 관점에서 

재조명하는 운동의대명사처럼 불렸다.

몇몇 물리학자들은 

카오스이론이 상태보다는 

과정의 과학이고 존재보다는

 변환 의과학이라고 강조한다. 

 

사실 자세히 관찰하면 카오스는

 모든 곳에 존재하는 듯하다.

 


수도꼭지의 물이 처음에는 

일정한 패턴으로 떨어지다가

 좀더 세게 틀면 갑자기

제멋대로 떨어지기도 한다.

카오스는 날씨, 

항공기의 비행, 

고속도로에 무리지어 몰려가는 차들의 행렬, 

지하 송유관을 흐르는 

석유의 흐름 속에서도 나타난다. 

 

대상이 무엇이든 상관없이 

그 형태는 모두 새롭게 

발견된 법칙에 따른다. 

이런 것들에 대한 인식이 있고부터

천문학자가 태양계를 관찰하는 방식, 

회사 간부가 보험에 관한 

의사결정을 하는 방식 등등이 변화되기 시작했다.

 


카오스 이론에는 몇 가지 특징이 있다. 

앞에서 밝힌 바처럼 불규칙한 현상 속에

규칙이 존재한다는 점을 비롯해 

다음 경로의 예측이 불가능한 점, 

시간의 진행에 따라 무작위 방향으로

 진행하면서도 결정론이라는 

큰 틀속에 존재한다는 점 등이다.

 


뿐만 아니라 불규칙하고 복잡한 비선형과 

무한의 세계에서 일어나며

 초기값에민감하게 의존한다는 점이다.

여기서 초기값에 민감하게 

의존한다는 것을 설명하자면 

다음과 같은 사례를 들 수있다.

A라는 사람이 어느 섬으로 낚시를 

하러 갔다가 전날 밤 마신 술 때문에 

타고 나올 배편을 놓치고 만다. 

 

그런데 이게 웬일인가. 

이 배가 전복사고를 당해 수백 명이 죽고 만다. 

중학생 B군이 아침에 조금 늦게 일어나는 바람에 

평소에 타고 다니던 시내버스를 놓치고 

그다음 시간대의 버스를 탄다. 

B군이 탄 시내버스 가다리 중간쯤 

이르러 그만 무너져내리는 

다리와 함께 강물 속으로 추락하고 만다.

A와 B가 죽느냐 사느냐는 초기의 값, 

즉 10분 또는 20분 늦느냐 마느냐에 달려있다.

 


카오스 이론은 이처럼 

일상생활 어디에나 존재하며 

조금 이탈한 것이 엄청난 결과를 

가져올 수도 있다. 

 

이 현상은 '초기 조건에의 민감한 의존성'이라 불리는데

날씨에서는 이것을 나비 효과(Butterfly Effect)라고도 부른다.

즉 나비 한 마리 가북경에서 공기를 살랑거리면

다음날 뉴욕에서 폭풍이 일어날 수도 있다는 것이다.

입력의 미세한 차이가 출력에서 엄청난 큰 차이로 나타난다.

이 같은 특징을 지닌 카오스 이론은 

그동안 일상생활에서 

어떻게 제품화돼 오고 있는가.

 


인간의 맥박도 불규칙한 카오스 성을 지니고 있다. 

따라서 인간의 맥박을 분석,

환자의 정신상태를 

예측함은 물론 건강상태를 

검진하는 의료기에 관한 연구에도

적용되고 있다. 

 

또, 카오스 현상이 발생하는 것을 회피, 

질서 상태가 되도록 만드는

카오스 시스템 제어도 있다. 

일본 소니사는 이 방법을 응용, 

퍼지나 신경망같이 미리 학습된 

결과에 따라서가 아니라 스스로 경로를 

찾아가는 로봇 제어시스템을 

개발해내기도 했다.

 


국내 유명 가전업체들도 카오스

이론의 실용화에 열을 올리고 있다.

에어컨의 경우 예전에는 

풍량 조절을 1 단~5 단 및 자동 등의 

조절 기능을 갖췄지만 

카오스식은 이와 다르다. 

자연 바람을 카오스식으로 분석하면

 일정한 형태가 나타나지만 

결코 주기적이지 않다는 게 

이들 가전업체 연구 관계자들의 말이다.

 

 이는 선풍기, 세탁기 등 기타 가전제품에서도 

매한가지로 불규칙 속에서의

새로운 질서를 찾아내고 있다.

 


자연의 불규칙성에서 

질서를 찾아내 시스템의 

제어에 이용하는 카오스 공학과

 이들 가전제품의 우수성을 

강조하는 산업계의 주장과는 

달리 국내의 일부 학계에서는

여전히 의혹의 눈길을 던지고 있다.

학계의 주장은 이러하다.

"카오스 이론을 실제적으로 

제품에 적용했는지 여부를 

공개적으로 밝히지 않기 때문에 알 수 없다. 

다만 그동안 설명치 못했던 것을 

설명함은 물론 비록 불확실하나마 

제품으로까지 적용범위를 

넓혀나가는데 그 의미가 있다."

사실상 카오스라는 용어 자체에

 완전히 의견 일치를 본 것은 아니다.

중국의 물리학자 하오 배린 은

 '주기성이 없는 일종의 질서',

'새롭게 인식된 보편적인 자연현상'

이라고 정의했으며

 

예일대학 이론물리학자 로데릭 젠슨은

'결정론적인 비선형 동력학계에

나타나는 불규칙적이고 예측 불가능한 형태'라고 정의했다.

 


학계의 주장이 이처럼 

동일한 형태를 띠지 않을지언정 

카오스 이론은 현대 과학의

새로운 조류로 우리들의 

일상생활에 다가오고 있다. 

 

때문에 미국의 저명한 

물리학자 페이겔스 같은 사람이 지적한

 '앞으로 카오스 이론에 앞서가는 나라가 세계의 강대국이 될 것' 

이란 주장은 결코 간과해선 안 될 것이다.

 

카오스 이론으로 모든 제품의 발전의 동력이 될것이다.

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