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‘카오스’를 최초로 다룬 최고의 교양과학서!

새로운 과학의 출현 『카오스』. ‘북경에서 나비가 날갯짓을 하면 한 달 후 뉴욕에 폭풍이 몰아친다.’ 카오스 이론의 나비 효과를 설명하는 이 짧은 문장만큼 20세기 중후반부에 강렬한 인상을 남긴 것은 없다. 이 책은 이러한 나비 효과 개념을 대중들에게 널리 알린 《카오스》의 20주년 기념판으로, 카오스 과학이 출현하기까지 과학의 전반적 역사, 카오스 연구자들의 삶과 과학을 소설처럼 흥미진진하게 그려냈다. 20여 년간 카오스를 연구한 카오스 전공자의 꼼꼼한 감수, 저자이의 유려하고 흥미진진한 문체를 살린 번역으로 한층 더 편안하게 카오스 이론을 이해할 수 있는 계기가 될 것이다.

전 세계인에게 ‘나비 효과’를 각인시킨 『카오스』20주년 기념판 완역!

미국에서만 100만 부 이상 팔린 교양과학서의 전설적 베스트셀러!
『뉴 사이언티스트』세상을 바꾼 과학책 선정,『타임』명저 100선
서울대, KAIST, POSTECH, 연세대, 고려대, 서강대, 한양대 필독서

첨단과학인 복잡계는 물론 경제경영, 정보이론, 네트워크, 생태학, 의학, 인문사회과학, 예술에 이르기까지 엄청난 사상적 폭풍을 일으킨 ‘카오스’를 최초로 다룬 최고의 교양과학서!

■ 전 세계인에게 ‘나비 효과’를 각인시킨 『카오스』 20주년 기념판 완역

‘북경에서 나비가 날갯짓을 하면 한 달 후 뉴욕에 폭풍이 몰아친다.’ 카오스 이론의 나비 효과를 설명하는 이 짧은 문장만큼 20세기 중후반부에 강렬한 인상을 남긴 것은 없다. 이 나비 효과 개념을 대중들에게 널리 알린『카오스』의 20주년 기념판이 완역되었다. 미국에서만 100만 부가 넘게 팔리고 전 세계 20여 개국에서 번역 소개되었으며, 한국에서도 수십만 부가 팔린 이 책의 기존 한국어 번역본에 대한 아쉬움은 이루 말로 할 수 없을 정도였다. 카오스 과학이 출현하기까지 과학의 전반적 역사, 카오스 연구자들의 삶과 과학을 소설처럼 흥미진진하게 그린 이 책의 맛을 살려내는 데 여러 가지로 부족했기 때문이다. 아니 글의 맛은 둘째 치고 부정확하고 일관성 없는 용어 번역, 원문 누락, 오역 등으로 많은 아쉬움이 있었다. 그런 의미에서 이 책은 20여 년간 카오스를 연구한 카오스 전공자의 꼼꼼한 감수, 지은이의 유려하고 흥미진진한 문체를 살린 번역으로 독자들이 한층 더 편안하게 카오스 이론을 이해할 수 있는 계기가 될 것이다.

■ 과학계의 환원주의에 대한 반격 그리고 과학을 ‘지상으로 끌어내린 과학혁명’

카오스는 과학계에 만연한 환원주의적 경향에 대한 반동이자, 과학을 ‘지상으로 끌어내린 과학혁명’이었다. 거대과학 시대라 일컬어지는 20세기 과학연구 스타일은 입자가속기와 같은 거대 연구시설과 엄청난 자금, 수많은 과학 인력이 투여되어 쿼크나 글루온 같은 인간의 눈으로 볼 수 없을 뿐만 아니라 실제 현실과는 거리가 먼 것을 연구했다. 이런 흐름을 마치 비웃기라도 하면서 등장한 카오스 이론가들은 소립자와 같은 추상적 연구대상이 아니라, 바로 주변 자연환경에서 쉽게 볼 수 있는 사물들을 연구대상으로 삼고 간단한 컴퓨터 설비를 가지고 연구했다. 날씨와 구름의 패턴에서부터 강의 흐름, 나뭇잎의 모양, 해안선, 난류, 고속도로의 교통흐름, 주식시장의 변동선과 소득분포와 같은 경제현상, 수도꼭지의 물방울과 색깔, 흔들리는 진자, 반딧불이의 깜박임, 혈관 심장과 같은 신체기관 등 현실을 사는 사람이라는 어디서나 접할 수 있는 현상들을 누구나 쉽게 사용할 수 있는 PC로 프로그램을 만들어 연구했던 것이다. 때문에 카오스 혁명을 지상으로 내려온 과학이라 표현할 수 있다.

■ 무질서 속의 질서

카오스를 한마디로 하면, 바로 ‘무질서 속의 질서’이다. 다시 말하면, 우리가 발견하는 질서 속에서 혼돈이 있으며, 혼돈 속에도 질서가 있다는 것이다. 카오스 연구자들이 특히 연구에 몰두했던, 대류 흐름이나 흔들리는 진자, 난류와 같은 것들은 물리학에서는 너무 명백해서 이제는 더 이상 연구하지 않는 것이었다. 대류나 진자의 운동, 난류에는 거의 모든 것을 이해했다고 여긴 것이다. 하지만 카오스 연구자들은 이렇듯 가장 단순한 진자의 운동이나 대류의 굴림 운동에도 우리가 예측할 수 없는 무질서가 존재함을 발견한다. 이른바 선형성에 한정된 과학으로는 설명하고 예측할 수 없는 현상들이 존재한다는 것이다. 이런 무질서 속의 질서, 예측 불가능성, 비선형 과학을 가장 잘 표현하는 것들이 바로 이들에 의해서 고안된 나비 효과나 프랙탈, 이상한 끌개, 분기와 같은 개념들이다.

■ 아웃사이더 과학자들의 반란

카오스 혁명을 이끌었던 사람들은 과학의 변방에서 나왔다. 심지어 구구단도 제대로 못 외웠다는 브누아 망델브로는 2000여 년간 기하학의 패러다임을 지배했던 유클리드 기하학을 뛰어넘는 프랙탈 기하학을 제시했으며, 기상학자 에드워드 로렌츠는 과학이 아니라 경험이나 육감으로 하는 일이라 여겨졌던 기상 예측에서 ‘로렌츠 끌개’로 카오스과학의 물꼬를 텄으며, 보편성 이론을 만든 미첼 파이겐바움은 정통과학의 틀 안에서 정통적인 문제를 풀면서 안주했던 사람이 아니었다. 토머스 쿤의 표현을 빌려 말하면, 이들은 정상과학의 테두리 안에서 단순히 기존 과학의 문제만 풀이하던 사람들이 아니었던 것이다. 책에는 이렇듯 과학계의 변방에 있던 사람들이 어떻게 사상적 씨앗을 뿌렸으며, 기성 과학에서는 어떻게 반응을 보였는지 또 어떻게 과학계에 새로운 혁명을 일으켰는지를 극적으로 풀어낸다.

■ 복잡계, 경제경영, 네트워크, 생태학, 의학, 인문사회과학, 예술에까지 일으킨 엄청난 사상적 폭풍

카오스 이론은 등장한 이래로 수없이 많은 분야에 영향을 끼쳤다. 과학에서는 진자의 운동이나 유체의 흐름을 다루는 역학 교과서를 다시 쓰게 만들었으며, 첨단과학인 복잡계 연구에 강한 영향을 끼쳤다. 뿐만 아니라 경제학, 경영학, 의사결정, 주식시장, 정보이론, 네트워크 이론, 의학, 인문 그리고 예술에 이르기까지 카오스 이론의 무질서 속의 질서, 프랙탈, 초기조건의 민감성, 나비 효과, 이상한 끌개, 비선형성, 스메일의 편자 같은 개념의 세례를 받지 않은 분야가 없다. 이제는 대중들의 상투어가 되어버린 카오스 이론의 핵심 개념들을 가장 명쾌하고 대중적으로 소개한다.

■『카오스』추천글

ㆍ아주 흥미로운 책이다. 한 문장 한 문장이 그야말로 충격 그 자체다. ─『뉴욕타임스』

ㆍ『카오스』는 축제다. ─『워싱턴포스트』

ㆍ경외감을 불러일으키는 책이다. 마치 어두운 방 안에 불을 훤히 켠 것 같은 느낌이다. ─더글러스 애덤스(『은하수를 여행하는 히치하이커를 위한 안내서』 저자)

ㆍ글릭의 『카오스』는 아주 재미있고 정확할 뿐만 아니라 아름답도록 낯설며, 기이하게 아름다운 생각들로 가득하다. ─더글러스 호프스태터(퓰리처상 수상작 『괴델, 에셔, 바흐』 저자)

ㆍ혼돈 속의 질서를 설명한 카오스 이론은 인간의 정신적 산물이며 복잡계를 이해하는 초석이다. ─강병남(서울대학교 물리천문학부 교수)

ㆍ새롭고 낯선 과학인 카오스 이론의 훌륭한 소개서였던 이 책은 현대를 살아가는 우리 모두가 읽어야 할 고전이 되었다. 독자들은 이 책을 통해서 선형인 자연현상들이 오히려 예외임을, 그리고 우리 주변의 많은 자연현상과 사회현상의 한 꺼풀 바로 밑에 비선형성이 지배하는 아름다운 카오스가 도사리고 있음을 발견하게 될 것이다. ─김범준(성균관대학교 물리학과 교수)

ㆍ『카오스』는 미국에서만 100만 부가 넘게 팔리며 대중과학 서적의 한 획을 그었다. 이보다 잘 쓰인 카오스 책은 없다고 자신 있게 말할 수 있다. ─김상욱(부산대학교 물리교육과 교수)

ㆍ현대과학의 격랑 속에 방황하는 내 마음의 등대가 되었던 제임스 글릭의 『카오스』. 한 시대를 풍미한 명저의 감동은 20년 이상이 지난 지금도 여전히 쓰나미처럼 몰려온다. 과학혁명의 최전선을 누비는 개척가들의 흥미진진한 에피소드는 당신의 마음 깊은 곳에서도 거대한 나비 효과를 만들어낼 것이다. ─김승환(POSTECH 물리학과 교수, 한국뇌연구협회장)

ㆍ서울대 권장도서 100권에 선정된 『카오스』는 기상학, 주식시장의 비주기적 변동, 전염병 확산이나 생태계의 변화·심장 박동 등 자연과학 분야는 물론, 여러 학문 분야에서 연구의 동반자로 삼고 있다. ─김홍종(서울대학교 수리과학부 교수)

ㆍ제임스 글릭이 말하는 ‘카오스’는 당신의 세계관을 한꺼번에 바꿔놓을 것이다. ─손동원(인하대학교 경영학부 교수, 전 복잡계 네트워크 학회 회장)

ㆍ『카오스』는 장차 미래를 이끌어갈 독자들에게 자연현상을 넘어 사회현상까지 아우르는 복잡계의 매혹적인 세계를 안내해줄 것이다. ─이상욱(한양대학교 철학과 교수)

ㆍ『카오스』는 대학 5년간 “나의 꿈은 천체물리학자다”라고 이야기했던 저를 한순간에 복잡계 물리학 분야로 이끈 책입니다. ‘이 분야에 뛰어들면 새로운 분야의 학문이 만들어지고 어떤 모습으로 바뀌어가는 것을 직접 목격할 수 있겠구나, 그리고 잘하면 내가 거기에 기여할 수도 있겠구나’ 하는 것이 이렇게 도전적이면서 좀 불확실하지만 아주 흥미로운 분야로 저를 이끌었습니다. ─정재승(KAIST 바이오및뇌공학과 교수)

ㆍ과학사를 뒤흔든 카오스 이론은 21세기의 화두인 복잡계와 네트워크 과학의 뿌리가 되었다. ─정하웅(KAIST 물리학과 교수)

ㆍ양자역학은 수백 년 동안 내려온 결정론적 세계관을 무너뜨렸다. 카오스 이론은 고전역학에서도 결정론적이지 않은 물리계가 있다는 충격적인 세계관을 제시한다. 연구원 시절에 이 책을 우연히 찾아 빠져들며 받았던 신선한 충격이 아직도 생생히 떠오른다. ─최준곤(고려대학교 물리학과 교수)

20주년 기념판 서문 / 프롤로그

제1장 나비 효과
에드워드 로렌츠와 날씨 모델┃컴퓨터 이상?┃장기 예측은 실패할 수밖에 없다┃무작위성으로 가장한 질서를 다┃비선형성의 세계┃“우리가 완전히 잘못 알았습니다.”

제2장 혁명
혁명은 보는 방식을 바꾼다┃진자시계, 스페이스 볼, 그네┃스메일의 편자┃목성의 거대 붉은 반점의 미스터리가 풀리다

제3장 생명체의 번성과 감소
야생동물의 개체수를 모델링하다┃자연의 본질은 비선형적이다┃갈퀴 분기┃소련 과학자와의 만남┃카오스로 만든 영화와 구세주적 논문

제4장 자연의 기하학
면화가격의 변동┃피난민 망델브로┃전송 오류와 들쭉날쭉한 해안선┃새로운 차원┃프랙탈 기하학의 기괴함┃지진과 지표면에서의 프랙탈┃구름에서 혈관까지┃이론가와 박물학자┃‘한 알의 모래에서 세계를 본다.’

제5장 이상한 끌개
하느님께 묻고 싶다┃이론물리학자와 실험물리학자┃회전하는 실린더 사이의 흐름┃난류에 대한 다비드 뤼엘의 생각┃위상공간 안의 고리┃뢰슬러의 소시지┃천문학자의 사상寫像┃은하계의 카오스

제6장 보편성
로스앨러모스에서의 새로운 시작┃재규격화군 이론┃색의 비밀을 풀다┃수치실험의 등장┃파이겐바움의 돌파구┃보편성 이론┃논문게재 거절 편지┃코모 회의┃구름과 그림

제7장 실험물리학자
작은 상자 속의 헬륨┃‘단단한 것의 부드러운 피어오름’┃자연에서의 흐름과 형태┃리브샤베르의 자연을 훔쳐보다┃실험과 이론이 만나다┃1차원에서 다차원으로

제8장 카오스의 형상들
복소평면┃뉴턴법의 놀라움┃망델브로 집합: 싹과 덩굴┃예술과 상업과 과학이 만나다┃프랙탈 유역 경계┃카오스 게임

제9장 동역학계 집단
산타크루스와 1960년대┃아날로그 컴퓨터┃이것이 과학입니까?┃과학계의 아웃사이더들┃예측 불가능성을 측정하다┃정보이론┃미시 축척에서 거시 축척까지┃수도꼭지의 물방울┃반역자에서 물리학자로┃한 시대가 저물다

제10장 내적 리듬
모델에 대한 오해┃복잡한 신체┃동역학적 심장┃생체시계의 재조정┃치명적인 부정맥┃병아리의 심장조직과 비정상적 박동┃건강함으로서의 카오스

제11장 카오스와 그 너머
새로운 신념, 새로운 정의┃열역학 제2법칙과 눈송이 퍼즐, 그리고 신의 주사위 놀이┃기회와 필연성

출전과 더 읽을거리 / 감사의 글 / 감수자 후기 / 참고문헌 / 찾아보기

지금은 카오스에 대해 한두 번 정도 들어보지 않은 사람은 거의 없을 것이다. 1993년 상영된 영화 〈쥐라기공원〉에서 로라 던 역을 맡은 배우는 이렇게 말한다. “난 아직도 카오스가 잘 이해되지 않아.” 그러자 자칭 카오스 전문가라 밝힌 제프 골드블룸 역을 맡은 배우는 이렇게 말한다. “카오스는 복잡한 계에서 단순히 예측 불가능성을 다룰 뿐이야. (……) 나비 한 마리가
북경에서 날갯짓을 한 번 하면, 뉴욕 센트럴파크에 화창한 날씨가 아니라 비가 내릴 수 있다는 얘기지.” 그때부터 나비 효과는 대중문화에서 상투어가 되었다. 적어도 두 편의 영화와 『바틀렛의 인용문Bartlett’s Quotations』 등재, 뮤직비디오 및 수천 개의 웹사이트와 블로그에서 회자되는 계기가 되었다.
카오스의 여러 측면―대체로 다른 측면―들은 한편으로는 현대 경영이론가들에 의해, 다른 한편으로는 초현실주의 문학이론가들에 의해 받아들여졌다. 이들 양 진영은 “질서정연한 무질서”와 같은 구절을 사용했는데, 특히 논문 제목으로 인기가 있었다. 셰익스피어의 클레오파트라와 같은 강렬한 문학적 인물들은 ‘이상한 끌개’처럼 보였다. 금융시장의 차트 패턴들도 마찬가지였다. 한편 조각가들은 물론 화가들도 프랙탈 기하학의 용어나 이미지에서 영감을 받았다. …… 카오스가 의기양양하게 부상하던 초기 시절 과학자들은 카오스를 상대성 이론과 양자역학에 뒤이어 자연과학계에 일어난 20세기의 세 번째 혁명이라고 묘사했다. 지금 분명해진 사실은 카오스는 상대성 이론과 양자역학으로부터 ‘떼려야 뗄 수 없다’는 것이다. 오직 하나의 물리학이 있을 뿐이다. (20주년 기념판 서문 중에서)

아르키메데스의 목욕탕 이야기로 거슬러 올라가는 발견사의 사례처럼 로렌츠의 발견은 우연이었다. 물론 로렌츠는 ‘유레카’라고 소리칠 인물은 결코 아니었다. 이런 뜻밖의 발견은 자신이 계속 탐구해왔던 것을 재확인하는 계기가 되었을 뿐이다. 그는 모든 유체의 흐름에서 나비 효과가 무엇을 의미하는가를 밝힘으로써 자신이 발견한 것의 결과를 탐색하기 시작했다. 만일 로렌츠가 예측 가능성을 순수한 무작위성으로 전환시키는 나비 효과를 발견하는 것에 그쳤다면, 그저 골치 아픈 문제를 하나 만들어낸 것에 지나지 않았을 것이다. 하지만 로렌츠는 자신의 날씨 모형 안에 들어 있는 무작위성 너머를 보았다. 정교한 기하학적 구조를 보았으며, 무작위성으로 가장한 질서를 보았던 것이다. 기상학자의 옷을 입고 있는 수학자였던 그는 이제 이중생활을 시작하게 된다. 순수하게 기상학적인 논문을 썼지만 또 다소 오해의 소지가 있는 날씨 얘기를 서론에 담은 순수수학 논문도 썼다. 결국 그런 서론도 완전히 사라졌다. (제 1장 나비효과 중에서 49쪽)

구름은 구球가 아니다. 망델브로가 좋아했던 말이다. 산은 원뿔이 아니고, 번개는 직선으로 내리치지 않는다. 새로운 기하학이 반영하는 우주는 둥근 것이 아니라 울퉁불퉁한 것, 매끄러운 것이 아니라 꺼칠꺼칠한 것이다. 구멍이 많고, 움푹 파이고, 잘리고, 꼬이고, 서로 엉켜 있는 것의 기하학이다. 자연의 복잡성을 이해하기 위해서는 복잡성이 그저 무작위적이거나 우발적인 것만은 아니라는 의심을 가질 필요가 있었다. 이를테면 번개의 경로에서 흥미로운 특성은 방향이 아니라 지그재그의 분포라는 믿음이 필요한 것이다. 망델브로는 이 세계에서 이러한 기이한 모양들이 의미를 갖는다는 주장을 제시했다. 파인 자국과 뒤엉켜 있는 모양은 유클리드 기하학의 전형적인 모양이 일그러진 흠집 이상의 의미를 가진다. 이런 모양이 종종 사물의 본질에 이르는 열쇠가 되는 것이다. 이를테면 해안선의 본질은 뭘까? 망델브로는 자신의 사고방식의 전환점이 된 한 논문에서 이렇게 물었다. “영국 해안선의 길이는 얼마인가?”(제 4장 자연의 기하학 중에서 146쪽)