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새로운 과학기술 패러다임, 초연결로 읽다

증기기관으로부터 시작한 1차 산업혁명, 대량생산 체제를 이룬 2차 산업혁명, 정보통신 기술에 기반한 3차 산업혁명, 그리고 인공지능을 비롯한 최첨단 과학기술이 견인하는 4차 산업혁명 시대로의 전환은 빛의 속도로 진행되어 왔다. 4차 산업혁명이 만들어 가는 초연결사회는 데이터를 기반으로 사람, 기계, 자연환경, 그리고 사이버 공간에서 일어나는 모든 상태와 변화를 표현하고 연결할 수 있게 되었다. 인공지능과 빅데이터 기술은 기계론과 환원주의에 기반한 과학의 패러다임으로는 설명하기 힘든 복잡한 현상을 설명하는 데 도움을 주었다. 초연결적 특성을 지닌 최첨단 과학기술이 어떻게 혁명적 진화의 길을 걸어왔는지 조망하는 이 책은 과학기술 패러다임의 형성과 의미 및 20세기 이후의 과학기술 패러다임 형성에 가장 중요한 역할을 한 시스템 이론과 인공지능의 역사를 설명하고, 근대 과학의 패러다임과 전일적인 시스템적 패러다임을 철학적 관점에서 비교하며, 데이터 중심의 정보기술과 시스템 생물학을 중심으로 초연결 과학기술의 사례를 제시한다

머리말

1. 초연결 과학을 위한 은유
과학기술의 진보와 패러다임
과학에서의 은유와 유추
공간의 은유
생명과 진화의 은유

2. 시스템 패러다임과 인공지능
초연결 과학의 패러다임
시스템 패러다임의 역사
인공지능의 역사
기호주의와 연결주의
복잡계의 진화
복잡계와 지능

3. 초연결성에 대한 철학적 조망
과학의 탄생과 선형적 인과 패러다임
생태학적 시스템 철학
부분과 전체

4. 초연결 과학기술의 사례
시맨틱웹, 링크드 데이터, 지식그래프
의생명과학 온톨로지
네트워크 생물학
융합과학의 초연결성

참고문헌
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발간사

과학은 세상에 대한 절대적 진리를 객관적 방법으로 밝히는 전능의 힘을 가진 것처럼 보이지만 인간 인식의 한계 내에서 현상을 설명할 수 있는 가장 좋다고 여겨지는 개념적 틀을 제공할 뿐이다. 패러다임이라 부르는 개념적 틀은 마치 지도와 같다. 지도는 물리적 공간 내에 위치한 사물들의 특징과 관계를 종이나 디지털 매체에 사용자가 쉽게 이해할 수 있도록 표현(매핑)한 것이다. 한 지역을 이해하는 다양한 방식에 따라, 혹은 사용의 목적에 따라 지도는 다르게 그려질 수 있다. 지도는 그 지역에 대한 모든 내용을 상세하게 채우는 것보다는 관점에 따라 지도에 포함된 개체들 간의 관계를 잘 요약해서 그리는 것이 중요하다. 모든 것을 지도에 채우는 순간 지도의 복잡성은 인식의 한계를 벗어나게 된다. 지도에 무엇을 포함하고 무엇을 뺄 것인가를 결정하는 것이 바로 패러다임이다. 지도가 한 지역에 있는 모든 것을 담을 필요가 없듯이 과학은 세상의 모든 것을 다 설명할 필요가 없다. 세상을 바라보는 개념의 틀이 과학에서는 어떻게 형성되고 사용되는지에 대해 이해하기는 쉽지 않다. 과학이 설명하고자 하는 현상이나 해결하고자 하는 문제의 성격에 따라 패러다임은 변할 수밖에 없다.(12-13쪽)

과학과 기술의 진화에 있어서 연결과 초연결적 특성은 시스템 패러다임의 진화와 깊은 관계가 있다. 시스템에서 구성요소들 사이의 연결과 상호작용을 통해 일어나는 창발적 특성에 대한 이해는 부분들에 대한 환원적 파악을 넘어 시스템 전체에 대한 새로운 방식의 설명과 이해를 요구한다. 연결이 한 시스템 내에서 전체를 구성하는 방식이라면, 초연결은 시스템의 경계를 넘어선 매우 다양하고 복잡한 형태의 연결을 의미한다. 따라서 다양한 시스템 간의 초연결은 한계 없이 진화할 수 있다.(43쪽)

시스템이 복잡해질수록 외부환경과도 끊임없이 상호작용하기 때문에 시스템의 창발적 특성을 예측하기는 더욱 어려워진다. 생명체와 같은 복잡계의 창발적 특성은 시스템이 구성요소들로 조직화되는 관계성의 패턴에 따라 결정된다. 생명체의 ‘autopoiesis’로 명명되기도 하는 자기조직화는 모든 생명현상을 설명하는 창발적 특성이다. 하지만 생명체 내부의 구성요소 간 복잡한 상호작용의 과정이 어떻게 자기조직화를 이루는지에 대한 구체적 기전을 밝히는 것은 매우 어렵다. 예컨대 세포 내에는 에너지와 분자 수준의 물질 교환이 끊임없이 일어나지만 세포의 개체성을 유지하고, 신체의 각 기관도 조직의 개체성을 유지하며, 전체 몸의 수준에서도 개체성을 유지한다. 변화에도 불구하고 항상성을 유지하는 자기조직화 현상은 다층의 개별 개체들 간 네트워크 내에 일어나는 복잡한 상호작용의 결과이므로 환원주의적 과학적 설명으로는 불충분하다.(100쪽)