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당신의 세계관을 뒤흔들 형태학 이야기
해바라기부터 튜링 구조까지 저절로 만들어진 모양들

자연의 걸작들은 혼자서 만들어졌다
다채로운 모양 속에서 찾아낸 형태학의 근본 원리

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

형태학(morphology)의 시대가 돌아오고 있다. 과학 학술지 [네이처(Nature)]는 지난 4월 1일자에 파리와 같은 벌레를 쫓기 위해 얼룩말의 줄무늬가 발달했다는 주장의 논문을 실었다. 이 논문은 파리를 비롯한 벌레들이 얼룩말에 질병을 전파하고 적지 않은 양의 피를 빼앗는다는 사실과 이러한 파리들이 다양한 형태의 줄무늬에 앉는 것을 회피하거나 물려고 하지 않는다는 다양한 관찰 결과를 통해 얼룩말의 줄무늬가 발달하게 된 핵심적인 이유를 증명했다. 그리고 이러한 연구는 앞으로 파리들이 줄무늬를 싫어하는 이유를 규명해야 하는 새로운 과제를 부여하고 있다. 이제 형태는 개별 종들의 흥미로운 생김새를 넘어서, 동물들의 발달과 생태계 내의 상호 관계를 드러내는 중요한 요소로 자리 잡기 시작했다.
이번에 (주)사이언스북스에서 펴낸 '필립 볼 형태학 3부작' 중 첫 번째 권인 [모양(Shapes)- 무질서가 스스로 만드는 규칙]은 19세기 후반에 참신한 학문으로 등장한 이후로 오랫동안 소외되었던 형태학에 전보다 더 명확한 체계와 근거를 부여한 책이다. 이 책에서 저자인 필립 볼은 생물학, 물리학, 수학부터 최근의 진화 발생 생물학과 천문학에 이르는 자연 과학의 다양한 학문들을 '형태의 자발적 발생'이라는 주제로 융합시켰다. 여기서 더 나아가 초기의 형태학과 관계를 맺었던 20세기 초의 예술 사조인 아르누보, 유겐트슈틸과 같은 예술 분야 곳곳에 흩어진 단서들까지 모아 새로운 형태학의 원리를 조직했다. 초기 형태학에서도 중요한 연구 주제였던 얼룩말의 줄무늬에 대한 조지프 리디어드 키플링과 앨런 매시선 튜링의 선구적인 연구도 이 책에서 확인할 수 있다. 나비 날개에 현란하게 퍼진 다채로운 무늬들부터, 해파리의 유동적인 형태와 놀라운 대칭성, 생명체의 성장을 준비하는 배아에 드러난 줄무늬까지 모든 형태를 아우르는 학문이 다시 시작된 것이다.
이 책에서 우리는 환경에 적응하려는 진화적 노력뿐만 아니라, 주어진 자원과 제약 아래서 최대한의 다양성을 추구하는 자발성의 결과로 현재 우리가 보는 자연 속의 다양한 형태가 이루어졌음을 확인할 수 있다. 겉으로는 비슷해 보이는 수많은 모양들이 어떻게 서로 다른 과정을 거쳐서 지금 우리가 보는 그런 유사성을 갖게 되었는지, 크게 다르지 않은 과정 속에서 어떻게 전혀 다른 모양이 나왔는지에 대한 막연한 추측이 아닌 이해를 얻을 수 있다. 20여 년 동안 과학 학술지인 [네이처]에서 편집자, 편집 고문으로 활동했던 필립 볼은 현대 자연 과학의 다양한 연구 성과들을 융합시켜서, 서로 다른 형태들을 스스로 발생시킨 근본적인 원리를 다채롭게 서술했다.

1996년 물리학자 리 스몰린(Lee Smolin, 1955년～)은 은하를 실제로 일종의 반응-확산 계로 간주할 수 있으며 이 우주 바람개비(은하)는 이제 막 태아 형성을 위해 발생을 시작한 수정란에서 나타날 수도 있는 소용돌이 무늬가 어마어마한 크기로 표현된 것이라고 지적했다.
(/ 본문 중에서)

나선은 자연에 도처에 존재한다. 요즘 유행하는 용어로 유비쿼터스다. 이것은 모든 나선이 똑같은 방식으로 형성되었다는 의미는 아니다. 가령 유체 흐름의 소용돌이는 완전히 다른 부류이다. 나선 은하는 회전하는 먼지, 가스, 그리고 별들의 혼합물이 휘저어진 단지 확대된 소용돌이에 지나지 않는다고 생각하기 쉽다.
(/ 본문 중에서)

생명은 어떤 모양으로 만들어졌을까?
패턴의

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?
(/ 본문 중에서)

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.
(/ 본문 중에서)

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 눈송

당신의 세계관을 뒤흔들 형태학 이야기
강물에서 도로 위 자동차들까지 흐름들이 만드는 우주들

모든 것이 변하는 흐름 속에는 어떤 형태가 존재할까?
불규칙한 흐름 속에서 붙잡은 변화의 자연 법칙들

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

최근 국가와 기업을 막론하고 가장 두려워하는 단어 중 하나는 단연 '유동성 위기(liquidity crisis)'이다. 국내 대기업은 물론 여러 국가의 어려운 경제 상황을 전하는 기사에서도 이 단어를 종종 볼 수 있다. 최근에는 러시아와 대립 중인 우크라이나의 실태를 다루는 기사에서 이 단어가 쓰이고 있다. 유동성 위기는 기업이나 국가가 일시적으로 현금 또는 현금화할 수 있는 자산이 부족하거나 금융기관의 대출이 어려운 상황에 놓일 때 쓰인다. 따라서 이것 때문에 영업 수익과 자산 보유와 상관없이 부도 위기까지 몰릴 수 있다. 유동성 위기는 장부상의 숫자로 표기되는 현금에 흐름의 형태를 부여했다. 급변하는 기업과 국가의 현금 보유 상황과, 수시로 형태가 변하는 까닭에 예측이 어려운 '흐름'의 공통점을 포착한 것이다.
형태학(morphology)의 시대가 돌아오고 있다. 이번에 (주)사이언스북스에서 펴낸 '필립 볼 형태학 3부작' 중 두 번째 권인[흐름(Flow)- 불규칙한 조화가 이루는 변화]는 형태의 역동성을 대표하는 특징인 '흐름'을 주제로 다양한 형태들이 변화하는 방식과 그것을 예측하려는 과학적 시도들을 다룬 책이다. 이 책에서 저자인 필립 볼은 미술에서 시작하여, 생물학, 물리학, 기상학부터 유체 역학과 천문학, 경제학에 이르기까지 자연 과학의 다양한 학문들을 다루었다. 저자는 이러한 여러 분야를 종합해서 오랫동안 일관성 없는 각각의 현상으로 간주했던 다양한 흐름들의 이면에 자리한 변화의 근본적인 원리를 보여 준다. 이 책은 경제학에서도 증권 시장의 주가와 같은 가격의 상호 관계가 유체의 난류와 유사성을 보여 줄지 모른다는 주장이 있음을 소개하면서, 그것이 사실이라면 '시장 난류'도 단지 은유일 수는 없다고 지적하고 있다. 자연스럽게 변화하는 물의 흐름을 다룬 스케치부터 바람을 타고 오랫동안 서서히 이동하는 사막의 모래언덕, 성지인 메카를 순례하는 이슬람 신도들의 거대한 인파가 혼란에 빠져드는 흐름, 아득히 먼 별 주위의 성간 기체와 그림 사이에서 드러난 난류 패턴의 유사함까지 다양한 흐름들을 관통하는 변화의 원리가 펼쳐진다.
이 책에서 우리는 15세기의 만능인이었던 레오나르도 다 빈치에서 20세기의 대표적인 물리학자인 베르너 하이젠베르크에 이르기까지 흐름의 형태에 관심을 가진 인류와 과학의 오랜 역사를 만날 수 있다. 변화의 양상과 원리를 파악하기 어려운 흐름을 다른 무작위적인 패턴과 구별해서 파악하려는 오랜 과학적 노력이 있었다. 그리고 이런 노력이 주식 시장, 도로 교통 등 사회 곳곳의 변화 요소가 급증한 현대 사회에서 어떤 역할을 할지 생각하는 기회도 될 것이다. 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.

위대한 과학자들 중 다수는 난류 유체 흐름의 문제를 에워싼 단단한 벽에 주먹질을 해대느라 피를 보았다. 우리가 이 문제를 이해하는 데에 큰 역할을 한 물리학자인 데이비드 피에르 루엘은 난류를 '이론의 무덤'이라고 불렀다.
(/ 본문 중에서)

하늘과 바다를 아름답게 장식하는 것 외에 대류는 천천히 형성되는 고체 지구의 바위를 조형한다. 우리 행성은 꼭대기보다 바닥이 더 뜨거운 유체로 채워진 거대한 대류 용기다.

이의 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.
(/ 본문 중에서)

도시의 유기체성을 깨치려면, 유기체적 형태의 특징을 예리하게 포착하는 시선이 있어야 한다. 사실 도시를 유기체로 여기기보다는 무정형의 혼돈으로 여기기가 훨씬 쉽기 때문이다.
(/ 본문 중에서)

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 때문이다. 저자가 지적했듯 하천망은 매연 입자의 응집, 세균 군집, 전기 방전 등의 분지 형태와 비슷한 까닭에, 하천망의 형성 과정에 대한 다각적인 분석은 여러 분야에 흥미로운 단서를 제공할 것이다.

물론 우리가 아무리 많은 유량계며 측심기를 동원하더라도 한 줄기 물길을 감시하는 것만으로 실제 강관점에서 풀어낸 자연의 수수께끼

저자는 이 책을 시작하면서 "어떻게 인간은 어떤 형태만 보고도 그것이 생물인지 아닌지를 알 수 있을까?"라는 질문을 1장에서 던진다. 저자는 생물과 무생물 사이의 형태적 특징을 부정했던 톰프슨의 연구에 주목한다. 동시에 인간이 어떤 물체의 겉모양만으로도 생물인지 여부를 판단할 수 있다는 사실이 형태의 원리를 이해하는 핵심적인 단서임을 지적한다. 생명체가 환경에 적응하는 과정에서 획득한 복잡성은 우리가 생명의 형태를 눈으로 인식할 수 있는 중요한 특징이다. 단순히 복잡하다는 이유만으로 생물로 단정하는 것이 아니라, 그러한 모양의 세밀함을 생존하려는 노력의 흔적으로 본 까닭에 그 모양에 생명이 있다고 판단한다는 것이다. 하지만 이와 함께 저자는 바다 미생물인 규조류와 운석에서 발견한 세균과 유사한 무기물의 사례를 통해, 눈은 익숙하지 않은 형태에서 생명의 유무를 구별하는 데는 한계가 있음을 지적한다. 우리의 시야를 벗어난다면 모든 생물과 미생물의 형태 차이가 바위와 곤충만큼 크고 또렷하지는 않다는 점에서 톰프슨의 통찰은 지속되고 있다고 저자는 말한다.
2장에서는 톰프슨이 "모든 6방 구조 중에서 가장 유명하고 가장 아름다운 것 중 하나"라고 말했던 벌집의 형태를 다뤘다. 그렇지만 저자와 톰프슨은 벌집이 자연의 기하학적인 정교함과 계획성을 상징한다고 보는 통념에 편승하지 않았다. 다윈은 밀랍을 절약하기 위해 벌과 벌집이 진화해 왔다고 주장했다. 이에 대해 톰프슨은 밀랍 표면력 간의 상호 작용이 벌집의 모양을 결정한다고 맞섰다. 저자 역시 벌집의 정교한 외관에 감탄하는 대신, 최근의 다양한 연구 성과를 종합해 냈다. 그 결과 벌집은 주어진 자원과 환경에 완벽하게 최적화된 것이 아닌, 벌들이 밀랍으로 집을 짓는 과정 속의 우연한 결과에 더욱 가깝다는 사실을 보여 주었다.

대류하는 유체에서 볼 수 있는 이 패턴들의 풍부함과 다양성 때문에, 하나의 주어진 실험에서 어떤 패턴이 나타날지를 예측하기는 쉽지 않다. 원칙적으로 한 특정한 집합의 조건들에서 몇 가지 대안적 패턴들이 가능할 때, 어느 것이 선택되느냐는 시스템이 어떤 조건을 갖추었느냐에 달렸을 수도 있다.
(/ 본문 중에서)

이 끝에서 저 끝까지 꿀벌의 유전체를 해석할 수 있지만, 그 안에 어디서도 벌집의 청사진을 찾을 수 없다는 것이다. 그것은 생명체(암컷 일벌)가 일을 열심히 할 때만 드러나는 어떤 것이다. 단지 한 생명체가 아니라 꿀벌 떼가 그래야 한다. 이 6각형의 저장소는 집단의 노력으로 생긴다.
(/ 본문 중에서)

심장이 보내는 구조 신호는 어떤 패턴을 그릴까?
튜링이 찾아낸 패턴 형성의 비밀은 무엇이었을까?
인간과 자연을 오가며 그려 낸 흥미진진한 이야기의 패턴

3장에서는 현대 과학자들이 실험실에서 만들어 낸 다양한 형태와 반응들, 그리고 그것이 실제 패턴들의 연구에 주는 시사점을 다룬다. 특히 심장 발작을 일으키는 심장 부정맥이 일어날 때 보이는 나선형 파장의, 패턴이 물에 떨어뜨린 잉크 방울이 한동안 확산과 응축을 반복하는 화학 반응과 유사하다는 발견이 인상적이다. 이 반응은 우리의 직관에 반하는 까닭에 한때 당혹감을 불러일으키기도 했다. 이제는 이 나선형 패턴을 조작하는 방식이 곧 심장이 멈추기 전에 일으키는 경고에 대응하는 열쇠가 된 것이다.
4장에서 다소 의외의 인물을 만날 수 있다. 오늘날 우리가 사용하는 디지털 컴퓨터의 초석을 놓은 인물이자, 사과를 한입 베어 물고 안타까운 죽음을 맞이한 것으로 유명한 과학자 앨런 매시선 튜링이다. 초등학생일 때 톰프슨의 [성장과 형태]를 읽은 후로 형태의 발생이라는 주제에 관심을 갖게 된 튜링은 이 분야에서도 선구적인 업적을 남겼다. 그는 [형태 형성의 화학적인 토대]라는 논문에서, 생물이 발생하는 동안 서로 다른 세포 내의 유전자를 발현시키는 스위치를 켜거나 끌 수 있는 화학 물질인 '형태 형성 물질'의 개념을 제안했다. 이 형태 형성 물질이 확산되거나 정지되는 패턴에 따라 우리가 보는 생물체들의 모양이 만들어진다는 내용이다. 이런 주장은 시대를 다소 앞섰지만, 오늘
그렇다, 그것은 실제로 유체다.
(/ 본문 중에서)

미켈란젤로는 물의 흐름 속에서 무엇을 보았을까?
멈추지 않는 변화의 패턴에 매혹된 인간과 과학의 역사

저자는 '만능인'의 대명사 레오나르도 다 빈치로 이 책을 시작한다. 그는 형태학의 선구자였던 에른스트 하인리히 필리프 아우구스트 헤켈과 다시 웬트워스 톰프슨보다도 앞서서, 서로 무관해 보이는 상황에서 발견되는 자연 속 여러 형태와 패턴들의 유사성을 꿰뚫어 보았다. 그리고 그 밑에 놓인 형태들과 구조들까지 파악하려 시도한 인물이었다. 과학과 예술을 비롯한 인문학이 분리되지 않았던 시대의 인물인 레오나르도 다 빈치의 특성은 물의 유체 흐름을 그린 스케치와 여성의 머리카락을 세밀하게 그린 스케치 사이의 유사성에서 선명하게 드러난다. 그에게 변화하는 물의 형태에서 얻은 통찰과 여성의 초상화를 더욱 아름답게 그려내려는 노력은 떨어질 수 없었다. 이러한 레오나르도 다 빈치의 특성은 최근에 재부상하는 형태학이 자연의 변화 패턴에서 얻은 지식과 능력을 인간 사회의 다양한 변화에 적용하는 데도 시사점을 제공한다.
2장에서는 본격적으로 유체 흐름의 특성을 밝히기 시작한다. 여러 광고에서 접했던 평평한 액체 표면에 물방울이 떨어지자 왕관 모양으로 튀어 오르는 액체의 방울들부터 마개를 뽑은 욕조의 구멍 속으로 빨려드는 소용돌이, 목성에서 지속되는 대적반이라는 거대한 회오리까지 곳곳에서 볼 수 있는 흐름들이 등장한다. 그러한 사례들과 함께 그 실제 원인과 그것을 규명하려는 시도들, 그리고 그에 대한 우리들의 오해를 아울러 서술했다. 특히 저자는 지구의 자전 때문에 북반구와 남반구에서 욕조의 소용돌이가 각각 시계 방향과 반시계 방향으로 일어난다는 널리 알려진 주장을 반박했다. 하루 동안 욕조의 물을 가만히 두어 모든 회전 움직임을 소멸시킨 후에 욕조 마개를 빼자 남반구에서도 시계 반대 방향의 소용돌이를 볼 수 있었던 사례를 제시한다. 이에 대한 논란이 종결되지는 않았지만 통념과는 달리 욕조 속의 소용돌이는 지구 어디서든 어떤 방향으로도 회전할 수 있다는 것이다.

레오나르도 다 빈치가 소용돌이치고, 굽이치고, 회전하는 파도 같은 패턴들을 사용한 것은 자연의 율동적인 움직임들을 탐사하는 방법이다.
(/ 본문 중에서)

적절한 정도의 난류가 있는 흐름의 표면에서 보듯, 물이라는 그 넓고 깊고 높은 덩어리에는 셀 수 없는 움직임의 변종들이 넘쳐 난다.
(/ 본문 중에서)

땅 속을 가르는 맨틀은 얼마나 오랫동안 변화하는 것일까?
바람에 날리는 모래언덕이 어디로 흘러갈지 어떻게 알 수 있을까?
지구 곳곳의 흐름들 속에 숨어 있는 변화의 법칙을 만난다

3장에서는 지구에 존재하는 거대한 흐름들을 다룬다. 온도 차이에 따라 대류 순환을 하는 대기와, 마찬가지로 열대지방을 지나며 데워지고 극지방에서 식는 바다의 흐름, 그리고 지구 깊은 곳을 흐르며 지각을 조형하는 맨틀의 흐름이 그것이다. 각각 그것이 존재하는 위치나, 영향을 미치는 요인에 따라 분류되었던 이 패턴들을 '흐름'이라는 그 운동 방식으로 포괄한 것이다. 이중에서 맨틀의 흐름에는 어떤 질서 잡힌 패턴이 없고 오랜 지질학적인 기간에 걸쳐 변화하며 지구의 형태를 만들어간다. 이러한 맨틀의 유동성과 그것이 변화하는 패턴은 앞으로 지구 물리학과 형태학이 함께 탐구해야 할 과제이다.
4장의 주제는 사막이다. 저자는 사막의 모래언덕이 이동해가는 패턴을 알갱이의 흐름을 보여 주는 중요한 사례로 제시한다. 미세한 모래 알갱이들이 바람을 타고 이동하며 마치 사구가 천천히 흐르듯이 이동하는 현상에는 어떤 규칙성도 찾기 어려워 보인다. 모래들이 바람을 타고 이동하는 거리와 서로 부딪히며 튕기며 움직이는 정도, 그리고 쌓인 모래들이 균형을 잃고 무너지는 임계 각도와 같은 요인들을 종합해서 분석하자 서서히 베일이 벗겨졌다. 그 결과 움직이는 모래언덕 속에는 개별적인 알갱이들이 모여 하나의 흐름이 되었을 때, 고유의 변화 법칙이 작용한다는 사실을 확인할 수 있었다. 또한 그렇게 이동한 모래언덕은 안정한 각도에 이를 때까지
알갱이들의 크기에 따라, 계속해서 무너져 내리게 된다. 모래 낱알들의 행동에는 법칙이 없을지라도, 그들이 모인 모래언덕의 변화는 예측할 수 있는 것이다.
이러한 알갱이더미의 이동 형태에 대한 접근은 의외로 우리 일상 가까운 곳에서도 확인할 수 있다. 바로 시리얼 상자다. 저자는 상자를 거의 비워갈 때쯤이면 항상 맛있는 과일이나 땅콩은 모두 없어지고 맛없는 부스러기들만 남아 있다면서, 크기가 서로 다른 알갱이들이 섞여 있을 때 큰 것은 위로 올라가고 작은 것은 아래로 내려가는 흐름의 패턴을 보여 주었다. 물리학자들은 이것을 '브라질넛 현상'이라고 부른다.

대류하는 유체에서 볼 수 있는 이 패턴들의 풍부함과 다양성 때문에, 하나의 주어진 실험에서 어떤 패턴이 나타날지를 예측하기는 쉽지 않다. 원칙적으로 한 특정한 집합의 조건들에서 몇 가지 대안적 패턴들이 가능할 때, 어느 것이 선택되느냐는 시스템이 어떤 조건을 갖추었느냐에 달렸을 수도 있다. ―본문에서

크지 않은 덩어리의 모래가, 산불에서 생태학적 대량 멸종에 이르기까지 자연에서 일어나는 아주 많은 재해 과정들과 비슷하기 때문이다. 이 모든 과정들의 핵심 특질은 비록 예측은 할 수 없다 해도, 그 사건들이 완벽히 무작위적이지는 않다는 뜻이다. 즉 각 사건 사이에 어느 정도 관련성이 존재할 수 있다는 뜻이다. 그런 과정에는 미묘하지만 매우 중요한 통계적 규칙성이 있다.
(/ 본문 중에서)

사구의 형성은 패턴을 만드는 과정들 중 가장 활발한 것에 속하지만 그뿐만이 아니다. 그것은 또한 어떤 원형, 상호 작용하는 수많은 부분들로 이루어진 시스템에 그런 패턴들이 어떻게 숨어 있는가를 보여 주는 모범적인 예다.
(/ 본문 중에서)

흐름은 모든 변화의 단서다
형태들이 보여 주는 역동성의 원리

5장에서는 먼저 새, 개미, 메뚜기들이 집단으로 이동할 때 보여주는 규칙성을 분석한다. 저자는 이러한 동물들이 처음부터 계획적으로 대열을 지어 이동한다고 생각하는 통념을 뒤집는 다양한 자료들을 제시한다. 각각의 동물들은 전체 무리가 뭘 하는지에 대한 예측 능력이 없으며, 그보다 방향 변화는 파동같이 무리 속에서 급속히 전파되는 양상으로 보인다는 것이다. 그러므로 이러한 동물은 각각 자신의 행동을 스스로 조직하는 것처럼 보이며, 그들의 일관된 단체 행동은 개체들 간의 단순하며 제한적인 상호 작용의 결과라고 저자는 서술한다.
이러한 통찰은 인간 사회에도 적용할 수 있다. 저자는 도로상에서 한순간 지체한 한 대의 차량에서부터 도로 전체로 체증이 일어나는 과정을 주의 깊게 다룬다. 아주 작은 발단이 스스로 추동력을 얻어 모든 자동차들이 지체되는 흐름 속으로 빨려든다는 것이다. 이 사례는 필연적이거나 의도적이지 않아도 자발적으로 성장하는 패턴의 원리를 대표하는 사례라고 할 수 있다.
형태 속에서 변화가 발생하는 패턴을 파악하기 시작하자 보다 현실적인 응용의 사례도 등장하게 되었다. 군중 유체의 흐름을 분석해, 매년 수백만 명의 순례자들이 모이는 이슬람교의 성지인 사우디아라비아의 메카에서 빈번히 일어나던 압사 사고를 크게 줄였다. 순례자들이 일정한 수 이상으로 몰리자 지속적으로 이동하던 흐름이 도로의 교통 체증처럼 정체되기 시작하더니 군중을 빨아들이는 소용돌이와 같은 패턴이 형성되기 시작했다. 바로 사람들이 서로 벗어나려고 밀고 밀리지만 누구도 벗어나지 못하고 서로 깔리게 되는 혼란이 발생한다. 결국 인파가 집중적으로 몰리는 장소에는 추가로 통행로를 설치하고, 그러한 시간에 순례자들의 이동을 통제했다. 이런 대책으로 예측보다 더 많은 순례자가 왔을 때에도 인명 사고가 일어나지 않았다.
7장에서는 지구를 넘어 우주의 흐름까지 이해하려는 과학자들의 오랜 노력과 흐름의 원인과 형태를 예측하려는 다양한 이론적 시도를 다루고 있다. 그리고 마지막으로 과학자들이 빈센트 반 고흐의 걸작 [별이 빛나는 밤]에 그려진 별빛의 소용돌이와 실제 난류 속의 유체 덩어리에서 볼 수 있는 속도 변화 사이의 유사성을 증명한 사례를 소개한다. 흐름의 형태에 대한 광범위하며 지속적인 관심은 지금 이 순
의 패턴을 예측하기란 불가능하다. 강의 분지 패턴은 모든 지점에서 동시에 형성 과정이 실시됨으로써 나타난다. 게다가 서로 똑같은 패턴이란 있을 수 없다.
(/ 본문 중에서)

패턴 형성 과정들은 방대한 산맥, 두더지가 쌓은 두둑, 나아가 미시 세계에 이르기까지 광범위한 축척에서 맥락에 무관하게 늘 똑같이 작동한다. 지질학이 기술에 영감을 줄 수 있고 생물학이 눈송이를 모방할 수 있는 것은 그 때문이다. 이것이야말로 패턴 형성 과정들의 경이로움이 아닐까.
(/ 본문 중에서)

형태들은 어떻게 서로 이어질까?
단순한 형태들에 담긴 복잡한 연결성의 법칙

5장에서는 강가에서 눈길을 돌리는 것처럼 나무와 잎의 가지가 형성되는 원리를 이야기한다. 먼저 저자는 줄기의 무게가 지탱할 수 있도록 엇갈려서 가지가 자라는 여러 나무들의 성장 알고리듬을 소개한다. 이렇게 가지가 나뉘는 알고리듬은 그것이 수분의 이동 수단인 까닭에 생물들 체내의 망 형태와 중요한 유사성이 있다. 두 종류의 망 모두 수분이나 혈액을 최소한의 에너지로 펌프질해 보내기 위해 굵은 가지는 작은 각도로 자라고, 가는 가지는 큰 각도로 자라는 법칙을 따른다는 주장을 소개한다. 이 법칙은 앞에 나온 하천망의 형성 원리에서도 다루었다.
더 나아가서 저자는 혈관과 같은 체내의 분배망의 분지 구조에 대한 여러 흥미로운 연구들을 소개한다. 이 연구들은 생물의 에너지 소비 속도, 동물의 대동맥 단면적, 나무줄기의 단면적 등이 체질량의 4분의 3제곱에 비례한다는 상대 성장적 축척 법칙을 이해하는 단서가 될 수 있다는 가설에 기반을 두었다.
6장에서 저자는 우리가 사는 현대 사회의 핵심에 진입한다. 인간관계, 인터넷을 비롯한 우리를 둘러싼 각종 망들이 주제이다. 먼저 우리 사회의 관계망이 갖는 무작위성과 무리 짓기 효과를 소개한다. 무작위성은 우리가 다른 사람을 만날 확률은 그의 정체와 무관하게 모두 같다는 것을 의미한다. 이에 반해 무리 짓기는 한 사람이 멀리 떨어진 사람보다 근처에 있는 사람들과 무리를 만들 확률이 더 높다는 뜻이다. 또한 무작위성이 구성원들 간의 평균 경로 길이가 짧고 집단의 크기는 작은 무작위 구조에서 드러나는 데 비해, 무리 짓기 효과는 평균 경로 길이는 길고 크기는 큰 격자 구조에서 드러난다.
저자는 인간의 사회적 관계망이 상반되는 이 두 가지 성질을 함께 갖는 경우가 많다고 지적한다. 격자 구조에서 구성 요소들을 가까운 요소에서 떼어내 무작위로 선택한 다른 요소와 연결시킨 실험에서, 평균 경로는 빠르게 줄었지만 무리의 규모는 거의 줄지 않았다. 저자는 이렇게 형성된 망을 '좁은 세상 망'이라고 부른다. 유명한 '케빈 베이컨 게임'은 이러한 연구 과정에서 부각되었다. 여기서 케빈 베이컨이 중심에 놓인 영화배우들의 관계망과 구성 요소와 연결의 개수가 같은 무작위 망은 평균 경로의 길이는 비슷했지만, 무리의 규모는 케빈 베이컨의 망이 더 컸기 때문이다. 저자의 표현처럼 좁은 세상 망에서는 거의 누구나 망의 중심처럼 보인다.
또한 구성 요소들 간의 평균적인 연결 개수, 즉 척도가 정해지지 않은 '척도 없는 망'을 분석하면서 인터넷을 그 대표적인 사례로 제시한다. 인터넷은 무작위적 파괴에 직면해서는 회복력이 탁월하며 그것이 이 망이 성장한 핵심적인 동력이었다. 하지만 연결성이 가장 높은 핵심부터 망가뜨리는 공격에는 대단히 취약해서, 적절한 지점 몇 군데만 노리면 망 전체를 괴멸시킬 수도 있다. 저자는 한국 과학 기술원의 정하웅 교수가 참여한 논문을 인용하여 전체 구성 요소의 18퍼센트만 마비되어도 인터넷이 수많은 작은 조각으로 쪼개질 것이라고 추정했다. 그리고 인터넷의 이러한 탄력성은 이 관계망이 누군가가 설계한 것이 아니라, 스스로 성장한 형태인 까닭에 획득한 것이라고 저자는 지적한다.

폐의 미세한 기관지 하나하나까지 유전적 청사진에 따라 제작되지는 않을 것이다. 세상에 똑같이 생긴 폐는 없고, 한 몸 안에서도 두 폐가 서로 다르기 때문이다. 이런 망들은 분명 성장하는 과정에서 형성되는 부분이 있고, 그 과정은 이제 우리가 익숙한 개념인 우연과 필연의 조합으로 날에는 다른 과학 분야들의 연구 성과를 통해 그 타당성이 입증되었다. 형태학에 앞서서 그가 제안한 튜링 패턴이 귀환한 것이다.
5장은 개별 생물을 넘어서 그 생물들의 집단이 갖는 패턴과 그것이 그 구성원들이 드러내는 패턴의 원리와 어떤 관계가 있는지 보여 준다. 사회성 곤충 중 하나인 흰개미 중 어느 종은 높이가 6～7미터에 이르러서 마치 점토 성당처럼 보이는 집을 짓고는 하지만, 그것 역시 필연적이거나 처음부터 의도된 형태가 아니다. 이런 거대한 모양의 집은 어디까지나 개별 개미들 간 상호 작용의 결과이며, 이런 상호 작용이 누적된 결과 작은 흙덩이가 모여 거대한 성당이 된다. 어떤 개미도 자신들이 특정한 모양의 거대한 집을 짓고 있다는 의식은 없다고 저자는 지적한다. 그럼에도 이런 포괄적인 행동 원리가 어느새 자연 중에서도 가장 정교하며 거대한 형태를 구현해 낸다. 하나의 자발적인 규칙만 쌓여도 어느 순간 무질서에 형태가 들어선다.

생물학은 이렇게 '기성품'을 이용하는 것 같이 보이지만 그것은 또한 눈부실 정도로 화려하고 거의 한없는 변이를 만들어 낼 수 있다. 그러나 이 모든 것이 진화적 맥락 안에서 나타나고, 이것은 자연이 '작동'하는 패턴을 선별할 권한을 가진다는 것을 의미한다. 살아 있는 자연은 본질적으로 창조적이며 또한 그 창조물의 가치를 평가할 능력이 있다.
(/ 본문 중에서)

곤충들은 서로 다른 청사진으로 일하지 않는다. 단지 타일을 놓기 좋아하는 방식에 작은 차이가 있을 뿐이다. 곤충들은 시작할 때, 우리가 타일이 만들 패턴을 생각하는 것 이상으로 생각하지 못한다. 여기서 또다시 패턴은 사실상 그 자신을 만든다.
(/ 본문 중에서)

누구도 자연의 패턴을 만들지 않았다
스스로 형성된 모양의 세계가 펼쳐진다

6장과 7장에서는 각각 식물의 잎차례와 인체 배아의 전개를 주제로 균일한 공간에서 스스로 형성되는 모양의 원리와 그 패턴을 다루었다. 6장에서는 식물의 줄기에서 나선형 패턴으로 잎들이 차례로 돋아나는 과정을 분석하는 수단으로써 널리 알려진 피보나치수열의 유용성을 확인할 수 있다. 동시에 저자는 식물의 잎차례가 피보나치수열에 따라 형성되었다고 극적으로 설명하지 않는다. 그는 식물의 잎차례는 햇빛을 받고 성장해야 하는 식물의 물리적인 제약과 한쪽으로 잎이 쏠렸을 때 일어나는 꺾임과 같은 물리적인 힘에 대한 자발적인 반응의 중요한 사례이며, 피보나치수열은 어디까지나 결과적으로 부합한 도구임을 강조한다.
7장에서는 가장 복잡한 모양 중 하나인 인체의 형성을 다루는데, 형태 형성 물질의 유도에 따라 배아에서 특정한 패턴이 발현하며, 배아 내에 구획이 형성되어 각각의 부위가 발달하는 일련의 방식을 서술한다. 여기서 우리는 개별적인 패턴의 발생이 총체적인 형태, 즉 모양의 형성으로 귀결되는 가장 포괄적인 사례를 확인할 수 있다. 저자는 진화 발생 생물학과 튜링의 발생 이론을 비롯한 다양한 접근법을 수렴하여, 소수의 화학적 도구들이 거대한 인체 구조를 형성해 가는 복잡한 과정에서 패턴의 자발성이 갖는 중요성을 입체적으로 서술한다.
다양한 과학적 성과들을 종합하여 오랫동안 위축되었던 형태학에 새로운 설득력을 부여한 이 책은, 우리가 사는 세계의 다채로운 모양들이 환경과 자원의 제약과 단순한 법칙만으로 형성되었음을 알게 해 준다. 서로 다른 시대와 학문의 통찰이 하나로 모여서 만든 이 새로운 형태학은, 우리 주변의 수많은 형태들 너머의 이야기 속으로 다가가는 문을 열어 주었다.

우리 몸은 정확히 자발적으로 머리부터 발끝까지, 한 덩어리의 마노 또는 나가서 표범의 가죽이 따르는 방식으로 패턴을 만들지 않는다. 더구나 처음부터 각 세포에 위치와 기능을 부여하는 명령에 따라 만들지도 않는다. 그 대신 우리는 (놀랍게도 거의 정확하다는 점에서) 각각의 나비 날개에서 이미 접했던, 예정된 것과 우발적인 것의 섬세한 조합인 일종의 도구 상자 패턴의 한 예인 것이다.
(/ 본문 중에서)

그러나 이 정도는 더욱 확신할 수 있는데, 자연의 조직화하는 힘이 모든 형성의 근간이라는 헤켈과 자연 철학의 개념은
간도 서로 교류하고 있는 것이다.
필립 볼의 [흐름]은 과학적 관심과 예술적 열정이 상호 교류하며 지속되었던 흐름의 형태에 대한 관심을 체계적으로 종합하여 형태학에 새로운 설득력을 부여한다. 서로 다른 시대와 학문의 통찰이 하나로 모여서 만든 이 새로운 형태학은, 우리 주변의 수많은 형태들 너머의 이야기 속으로 다가가는 문을 열어 주었다.

집단적 움직임의 모델들은 심지어 '의식적인' 선택 없이도, 행동의 차이들이 개체들로 하여금 특정한 위치들을 취하게 할 수 있음을 보여 주었다.
(/ 본문 중에서)

우리는 장 르레이가 20세기 초에 센 강의 소용돌이들을 응시하면서 분명히 알아보았듯이 난류 흐름에서 실제로 패턴들을 본다. 소용돌이들은 머리를 어질어질하게 만드는 질서에 관한 실마리를 제공하며 지속적으로 태어나고 사라진다. 그렇지만 우리는 그 질서를 어떻게 포착하고 묘사하는가?
(/ 본문 중에서) 현대 생명 과학의 지지를 얻기에 너무 멀리 떨어져 있다는 것이다. 지금까지 우리는 살아 있는 자연이 만들어 내는 여러 가지 패턴 형성 과정을 살펴보았다. 그런데 이 패턴들은 어떤 보이지 않는 불가항력으로 좌지우지되는 것이 아니라, 어찌 보면 적절한 기회를 따라 만들어진 것 같다.
(/ 본문 중에서)
진행된다.
(/ 본문 중에서)

문명은 이처럼 중앙의 계획 없이 시간에 따라 진화하는 복잡한 망을 다양하게 만들어 냈다. 도로망과 도시의 거리들이 그렇고, 전 세계의 공항과 항구를 연결하는 통상과 여행의 그물망이 그렇다.
(/ 본문 중에서)

기술적 인공물 중에서 복잡한 망으로 인식된 첫 사례는 전화망이었지만, 통신의 상호 연결성을 진정으로 부각시킨 망은 인터넷이었다. 그런데 이런 구조들 너머에는 그보다 덜 구체적이지만 사회의 성쇠에는 더 중요할지도 모르는 인간관계의 망들이 존재한다.
(/ 본문 중에서)

미세한 변화에서 일어나는 거대한 다양성
새롭게 돌아온 형태학이 선보이는 경이로운 세계관

마지막 장인 에필로그에서는 [모양] [흐름] [가지]의 형태학 3부작을 함께 정리한다. 여기서 저자는 자연의 다양한 패턴을 보며 우리가 진정 놀라워해야 하는 점은 그 패턴들의 핵심에 소수의 기본적인 원리가 있다는 사실이 아니라고 주장한다. 오히려 세부 사항 혹은 구체적인 초기 조건, 경계 조건이 약간만 바뀌어도 그토록 환상적인 다양성이 가능하다는 점에 주목해야 한다고 강조한다.
20세기 초까지도 형태학은 생물뿐만 아니라 말 그대로 이 세계의 모든 형태의 기원과 성장을 다루는 가장 새로운 학문이었다. 하지만 그 후로 형태학은 연구자의 직관에 의존하는 과거의 틀에서 도약하지 못하면서, 입지가 축소되었다. 그런 까닭에 생물의 형태와 구조 및 각 부위의 특성과 상호 관계를 연구하는 생물학의 한 분야로 오랫동안 머물러 있었다. 형태학 3부작의 저자인 필립 볼은 생물학, 물리학, 천문학 등의 발전으로 획득한 다양한 도구와 개념을 폭넓게 활용했으며, 형태학과 최근의 사회적 변화와 이슈가 만나는 지점까지 세밀하게 포착했다. 이 3부작은 자연과 사회를 아우른 새로운 형태학의 놀라운 세계관을 독자들에게 선사할 것이다.

나는 이 3부작으로 무지개의 끝에서 우리를 기다리는 '패턴의 대통일 이론' 따위는 없다는 사실을 여러분에게 분명히 알렸기를 바란다. 우주는 그런 식으로 만들어지지 않았다. 안타깝게도 최근에는 일부 물리학자들 때문에 하나로 통일된 거대한 그림을 열망하는 분위기가 생겼지만, 우리가 접하는 세상, 우리가 보고 만지는 실재적인 물질의 세상은 너무나 어수선해 하나의 그림으로 다 묘사될 수 없다.
(/ 본문 중에서)

자연계 생성에 대한 심오하고 새로운 영역을 우리에게 보여 준다.
- [파이낸셜 타임스]

폭 넓고 지적이며, 독단적이지 않은 3부작이다.
- [타임스 리터러리 서플먼트]

영감이 있고 박식한 필립 볼은 광범위하게 확산되는 자연 현상만큼이나 색다르게, 지적이며 학구적인 시각을 견지한다. 이 3부작은 어떤 서가에나 들어갈 가치가 충분하다.
- [초이스]

다채로운 형태들의 매혹적인 디테일을 보여 주는 책이다.
- [이코노미스트]
수학 속에서 독자를 잃지 않고서도 자연의 양탄자 뒤에 있는 물리적, 화학적 힘들이 빛을 발한다.
- [시드]

필립 볼은 우리에게 아주 흥미로운 생각의 자양분을 주었다.
- [스탠드포인트]

서문과 감사의 말
1장 육각형의 겨울 왕국- 눈송이의 형태학
2장 가느다란 괴물들- 프랙탈의 신비
3장 갈라짐의 법칙- 깨지고 부서지고 찢어지는 형태학
4장 물길- 풍경의 미로
5장 나무와 잎- 생물학의 가지들
6장 웹 세상- 현대 IT 문명의 가지
에필로그 자연이라는 융단- 패턴의 원리
부록1 헬레쇼 세포
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서문과 감사의 말
1장 세상의 모든 모양- 패턴과 형태
2장 벌집의 교훈- 거품으로 집짓기
3장 파동 만들기- 시험관 안의 줄무늬
4장 문신- 숨기기, 경고하기, 모방하기
5장 야생의 리듬- 군집 형성의 규칙
6장 정원의 식물은 어떻게 자랄까?- 데이지의 수학
7장 배아의 전개- 생명 탄생의 패턴
부록1 비누 막 구조
부록2 진동하는 화학 반응
부록3 BZ 반응의 화학적 파동
부록4 리제강 띠
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서문과 감사의 말
1장 흐름을 사랑한 남자- 레오나르도 다 빈치의 유산
2장 소용돌이의 패턴들- 흐르는 질서
3장 빙글빙글- 대류가 세상을 만든다
4장 모래언덕의 수수께끼- 알갱이들이 모여 만드는 질서
5장 네 이웃을 따르라- 떼, 무리, 그리고 군중
6장 대혼란의 소용돌이- 난류의 문제
부록1 베나르 대류
부록2 막세 세포의 알갱이 성층
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