가지

당신의 세계관을 뒤흔들 형태학 이야기 생물학부터 네트워크 공학까지 뻗어나간 가지들 가장 단순한 원리에서 끝없이 자라난 복잡한 가지들 자발적이며 불규칙하게 갈라진 형태들이 이어지는 이야기를 만난다 이 책을 읽은 뒤에 여러분이 보는 세상은 그 이전의 세상과는 전혀 다를 것이다. 복잡한 세상에 대한 과학의 설명력은 물론, 과학이 열어 주는 아름다움을 느끼고 싶은 독자들에게 이 책을 추천한다. ―홍성욱(서울 대학교 생명 과학부 교수) 필립 볼의 형태학 3부작은 비단 과학도들뿐 아니라, 언어와 문화, 현상의 패턴에 관심 있는 인문 사회학도들에게도 반드시 추천하고 싶은 책이다. ―조지은(옥스퍼드 대학교 한국학.언어학 교수) 지난 해 전 세계에서 가장 화제가 되었던 영화와 노래라면 단연 「겨울왕국(Frozen)」과 「렛 잇 고(Let It Go)」였다. 이 곡이 흐르는 장면들 중에서도 절정은 주인공인 엘사가 발을 구르자 거대한 얼음 궁전이 솟아오르는 장면이다. 궁전의 바닥부터 천장에 이르기까지 가장 단순한 눈송이가 순식간에 반복, 확대되는 광경은 곡의 멜로디와 결합해 더욱 깊은 인상을 남겼다. 이 작품은 이제는 상투적인 상징 같았던 6각형의 눈송이에서 누구도 생각하지 못했던 아름다움을 꺼냈다. 그렇다면 지금 우리 주변의 수많은 형태들의 이면에는 얼마나 더 놀랍고 다채로운 이야기들이 숨어 있을까? 물론 눈송이 속에서도 더욱 흥미로운 이야기를 찾을 수 있을 것이다. 이제 형태학(morphology)의 시대가 시작된다. 이번에 (주)사이언스북스에서 펴낸 ‘필립 볼 형태학 3부작’ 중 세 번째 권인『가지(Branches): 형태들을 연결하는 관계』는 다양한 형태들이 성장하고 서로 연결되는 방식을 자연 세계와 인간 사회의 사례를 종합해서 설명한 책이다. 이 책에서 저자인 필립 볼은 기상학, 지리학, 화학부터 도시 공학과 정보학에 이르기까지 자연 과학의 다양한 학문들을 다루었다. 뿐만 아니라 동양 철학과 중국화와 같은 의외의 분야들도 단순한 형태들의 성장 법칙에 대한 근거로 인용된다. 고대부터 동서양을 막론한 관심의 대상이었던 눈송이의 6각형부터 마치 식물 화석처럼 보는 이들의 눈을 현혹시킨 수지상 광물, 수 없이 반복되는 미세한 형태들이 모여 거대한 확장을 이루는 프랙탈 구조까지 여러 형태들이 확산되며 관계를 맺는 장대한 이야기를 만날 수 있다. 이 책을 통해 우리는 비로소 자연 세계에서 미세한 형태들이 반복, 분할하면서 거대한 형태로 성장하는 원리를 이해할 수 있다. 더 나아가 다양한 형태들이 자라면서 서로 관계를 맺는 방식은 인간 사회의 다양한 관계망들이 형성되는 원리를 파악할 수 있는 단서가 될 것이다. 특히 의외로 좁은 인간관계를 상징하는 대표적인 사례인 ‘케빈 베이컨 게임’과 오늘날 형태의 관계학이 중요하다는 보여 주는 정보 통신망의 발달은 이 책에서 중요한 사례로 다루어진다. 형태의 복잡성과 연결성을 결합시킨 이 책은 자연과 사회의 구성 원리를 다룬 형태학 3부작의 마지막 권으로 적절하다고 말할 수 있다. 20여 년 동안 과학 학술지인 《네이처(Nature)》에서 편집자, 편집 고문으로 활동했던 필립 볼은 현대 자연 과학의 다양한 연구 성과들과 인문학적 통찰을 융합시켜서, 서로 다른 형태들을 스스로 발생시킨 근본적인 원리를 다채롭게 서술했다. 눈송이는 혼돈에서 형성된다. 마구잡이로 휘돌던 수증기 분자들이 하나씩 하나씩 응결해 형성된다. 분자들을 안내하는 밑그림 따위는 없다. 그런데 이런 가지들이 어떻게 만들어질까? 왜 하필 6각일까? ―본문에서 그러나 사회적 세상의 구조를 이해하려면, 나무는 적절한 비유가 못 된다. 여러분도 한번 친구들의 망을 머리에 그려보라. 오히려 순환 구조가 보통임을 금세 알아차릴 수 있다. 나는 조를 알고 메리도 아는데, 조와 메리도 서로 안다. ―본문에서 눈송이에서 거대 도시까지 자유롭게 뻗어가는 형태들 끊임없이 갈라지며 자라나는 가지들의 근원을 찾는다 1장은 작지만 가장 매혹적인 가지인 6각형 눈송이의 가지에서 시작한다. 동일한 형태들이 대칭을 이루며 반복되는 눈송이의 형성 원리를 저마다의 방식으로 연구했던 고대부터 현대에 이르는 오랜 역사를 만날 수 있다. 이것을 통해 저자는 이 6각형의 형태에 우리가 도처에서 만나는 형태들을 만든 핵심적인 원리가 담겼음을 보여 준다. 단순한 형태와 원리가 주변의 환경과 제약에 적응하는 방식으로 복잡한 형태로 발전한다는 것이다. 저자는 여러 눈송이 모형을 제시하면서 모든 형태의 구성 과정을 미리 정해 둔 설계도는 존재하지 않는다는 주장을 강조한다. 2장의 주제는 프랙탈이다. 한때 세상의 모든 형태를 설명할 수 있는 만능열쇠처럼 여겨졌던 프랙탈의 의의와 한계를 아울러 다루었다. 어떤 척도에서 보아도 같은 형태를 갖는 척도 불변성 혹은 자기 유사성을 갖는 프랙탈 구조는 그 특성 덕분에 과학뿐만 아니라 예술, 인문학 분야에서도 다양한 발상의 자극을 주었던 것이 사실이다. 하지만 실제로 극히 작은 배율까지 확대했을 때도 같은 형태가 반복되는 사례가 많지 않다는 사실도 이제는 이 책에서 지적되고 있다. 따라서 프랙탈의 동일성에 집착하지 않고 유사한 형태가 분할되면서 밀집하는 원리에 주목하면서 세균과 세포에서 시작해 이러한 유기체처럼 성장하는 도시의 형성 방식까지 분석한다. 좌우간에 만일 피타고라스주의자들이 세상의 어떤 규칙적인 패턴과 형상은 자발적으로 생겨난다는 말을 들었다면 분명 우리보다 훨씬 덜 놀랐을 것이다. 그들은 세상 만물의 구조에 그런 질서가 새겨져 있다고 이미 예상했을 테니까. ―본문에서 도시의 유기체성을 깨치려면, 유기체적 형태의 특징을 예리하게 포착하는 시선이 있어야 한다. 사실 도시를 유기체로 여기기보다는 무정형의 혼돈으로 여기기가 훨씬 쉽기 때문이다. ―본문에서 낡은 그림과 반도체가 하나로 모이는 균열의 원리 가능한 모든 흐름 중에서 최선의 길을 택하는 하천망의 법칙 자연과 기술이 자유자재로 나뉘고 만나는 가지의 형태학 3장에서는 균열이 일어날 때 볼 수 있는 가지의 여러 형태들을 다루었다. 유리와 마른 진흙, 도자기 등에서 흔히 볼 수 있는 이런 균열 패턴들은 모양은 비슷하지만, 그 원인이 저마다 다르다는 점을 지적한다. 특히 오래된 유화가 수축과 팽창에 따라 일으키는 얇은 층의 균열인 ‘크래큘러’가 반도체에 절연체를 입힐 때 발생할 수 있는 수축과 균열의 문제를 이해하는 열쇠가 될 수 있다는 지적이 눈길을 끈다. 4장의 주제는 우리가 가장 흔하게 볼 수 있는 가지의 형태 중 하나인 물길이다. 앞 장들에서 언급했던 다양한 형태학적 이론을 적용시켜서, 하나의 강이 계속해서 갈라져 수많은 갈래의 하천망이 형성되는 과정과 그 이유를 입체적으로 서술하고 있다. 컴퓨터 시뮬레이션 기술과 하천망에 영향을 미치는 환경의 여러 변인들을 다루는 능력이 향상되면서 하천의 형성 방식을 파악하려는 과학자들의 모형도 함께 발전해 왔다. 먼저 상류에서 하류로 향하는 하천의 운동 에너지가 지형을 침식해서 하천망의 말단이 지속적으로 확산된다는 원리가 제기되었다. 그리고 이 원리에 같은 하천의 가지들이 서로 만나지 않는 자기 회피성을 갖는 까닭에 수량을 빼앗기지 않고 각각 지류를 만들 수 있다는 가설을 결합시켰다. 그 결과, 실제 하천망과 유사한 가상의 하천 모형을 구현할 수 있었다. 이 모형은 실제 자연의 하천망은 무작위로 발생한 지류들이 결합해 형성된 것이 아니라는 사실을 입증했다. 이러한 모형에 강은 흐름과 침식으로 인한 에너지 확산을 가급적 줄이는 법칙에 따라 운동한다는 가설이 추가되어, 하천 모형이 더욱 정확해졌다. 하천은 주변의 변인과 상호 작용하며 가능한 수많은 유로 중에서 각각 최선의 망을 형성한다. 하천에 담긴 흐름과 침식의 원리에는 가능한 모든 패턴이 들어 있지만, 어떤 유일한 패턴을 규정하지는 않기