대자연의 「카오스」 현상/전일동 연대교수·핵물리학(해시계)

원래 물리학은 복잡한 자연의 현상속에 규칙성과 그 원인인 원리를 찾아내어 다양한 변화의 운동법칙을 이해하는 학문으로 규정되어 있다.이 것은 옛 그리스 시절의 아리스토텔레스로부터 17세기의 대 물리학자 뉴턴을 포함한 20세기의 천재 아인슈타인에 이르기까지 공통된 견해이다.즉 우리가 이때까지 학교에서 배운 과학세계는 운동법칙에 따라 이로정연하게 움직인다는 것이다.따라서 과거에서 시작하여 현재에 이르고 미래에는 어떻게 되는가 예측할 수 있게 된다.이렇게 자연은 아름다운 질서를 유지하고 있고 사람들은 그 엄숙한 질서에 놀라움을 금할 수 없었다.

그러나 1960년대 이후부터 과학은 또 다른 자연의 얼굴을 보게 된 것이다.그 계기는 컴퓨터의 발달에 있다.컴퓨터는 사람의 손으로 몇년 걸리는 계산을 몇초만에 해낼 수 있으므로 옛날에 못했던 분석을 가능케 해준다.자연의 현상을 동역학적으로 기술할 때 수학적으로 답을 낼수 있는 운동방정식 즉 선형미분방정식에만 집중하였고 복잡한 운동계에 대해서는 극히 제한된 근사적 답으로 만족해야 만 했다.그런데 컴퓨터의 발달에 따라 복잡한 운동계에 대해서도 어느 정도 정확히 답을 얻을 수 있게 된 것이다.따라서 물리학자들은 비선형미분방정식으로 기술된 물리계의 운동을 분석하기 시작했다.그 결과 놀라운 현상이 자연속에 있다는 것을 발견하게 되었다.그것은 「카오스(chaos)」라고 불리는 예측할 수 없는 복잡한 현상의 존재다.종래의 자연관은 단순한 법칙에 의해 모든 자연현상이 일어나고 있으며 엄밀한 인과관계로 서로 맺어져 있다고 말한다.그러나 「카오스」는 예측할 수 없는 현상을 말하며 자연속에 이러한 현상이 많이 존재한다는 것이 입증된 것이다.유체운동,생물속의 화학반응,은하계의 천체운동,낙엽의 낙하운동 등에 카오스가 나타난다.이러한 카오스 현상이 없었다면 이 자연은 전혀 다른 형태로 나타났을 것이다.자연현상의 다양성은 카오스에 의해 더욱더 풍요롭게 되었으며 그것에 의해 생생한 약동감을 갖게 된 것이다.예측가능한 세계 즉 기계론적 세계는 자연의 일부에 지나지 않는다.

과학은 이때까지 숨어 있었던 자연의새로운 모습을 찾아 내었으며 카오스를 어떻게 연구하며 그것을 어떻게 제어할 수 있는 것인지에 예리한 메스를 가하기 시작했다.앞으로 우리생활에 어떻게 그것을 이용하는가 하는 문제가 제기될 것이다.과학은 끊임없이 발전하고 있다.