제레드 다이아몬드의 ‘총균쇠’를 보면 얼룩말은 가축화에 실패한 동물이라고 나온다. 사람들이 타는 말을 보라. 얼룩말은 없다. 이유는 녀석의 성질 때문이다. 얼룩말은 성장하면서 난폭해진다. 한 번 물면 놓지 않는 성격을 가지고 있다. 동물원 사육사 가운데 가장 많이 다치는 사람이 바로 얼룩말 사육사라고 하니 녀석의 성질을 짐작할 수 있다. 그런데 이 녀석들은 어떻게 이런 줄무늬를 가지게 됐을까. 자연선택에 따른 것이라는 대답이 간단하긴 하지만 정답이다. 요컨대 줄무늬가 생존에 유리했기 때문이다.

대답이 간단하니 좀 더 깊은 답을 듣고 싶은 마음이 생긴다. 사실 많은 과학자들이 이 주제에 관심을 가지고 있었다. 생물학자를 비롯해 화학 심지어 수학 분야 학자들도 이 비밀을 풀기 위해 노력했다. 컴퓨터의 아버지라는 별명을 가진 수학자 앨런 튜링은 1952년 발표한 ‘형태 형성의 화학적 토대’란 제목의 논문에서 생물이 발생하는 동안 서로 다른 세포 내의 유전자를 발현시키는 스위치를 켜거나 끌 수 있는 화학물질인 ‘형태 형성 물질’의 개념을 제안했다. 즉 유전자가 줄무늬를 ‘만들라’고 명령하고 어느 정도 만들어지면 ‘그만 만들라’고 명령한다는 말이다. 튜링의 생각은 현대 과학으로 봤을 때도 옳다. 생물학이나 발생학을 전공하지도 않은 수학자가 이런 발상을 할 수 있다는 점이 놀라울 따름이다. 얼룩말의 경우 줄무늬를 갖게 하는 소질만 유전된다. 요컨대 유전 메커니즘에 의해 줄무늬가 생성된다.

흰개미가 만들어 내는 거대한 집의 모양도 불가사의하다. 흰개미 집은 보통 5m 정도 높이로 녀석들의 크기와 비교하면 정말 엄청난 규모라고 말할 수 있다. 집 안 공기 상태도 쾌적하게 유지되도록 지어졌다. 그렇다면 어떻게 이런 거대하면서도 쾌적한 건물을 만들 수 있을까. 이는 개별 개미들 간 상호작용의 결과이며 이런 상호작용이 누적된 결과 이런 거대한 모양의 집이 생긴 것이다. 개미 한 마리 한 마리는 자신이 이런 거대한 집을 짓는다는 것을 모른다. 이를 ‘집단지능’이라고 불러도 좋을지 모르겠다.

이 책은 필립 볼의 ‘형태 3부작’ 가운데 첫째 책이다. 책의 부제는 ‘무질서가 스스로 만드는 규칙’으로 자연에 존재하는 갖가지 모양이 어떤 식으로 만들어졌는지 여러 과학 분야의 지식을 통해 설명해 주고 있다. 과학에 익숙지 않은 독자에게는 조금 어려울 수도 있다. 하지만 묵묵히 읽다 보면 과학책의 진면목을 느끼게 된다.

이 책은 정확히 뭔가를 설명해주는 책은 아니다

이 책을 읽고나서도 뭔가 풀리지 않는 미스테리함을 느낄 수 있다

우리는 일상에서 만나는 수많은 무늬-성에자국, 연기가 흘러갈때 퍼지는 무늬 등등은 보통 우리가 아는 익숙한 무늬이다

그런데 좀 나름 공부를 해본 사람들이라면 이런무늬가 괜히 생기는 것이 아닌것을 알게된다

 (정말 오묘한 진리가 담긴 무늬라고나 할까?)

리사 랜들은 자신의 저서에서 비대칭성에 대해서 누누히 설명하고 있다

볼펜을 세우면 반드시 넘어진다 (간단히 설명하자면)

이 세계는 3차원같이 느껴지지만 사실은 다차원 세계라고 한다

리사랜들은 만약 정말 3차원이라면 중력이 이토록 약할 수 가 없다고 한다

그리고 만약 3차원이라면 열역학의 엔트로피 법칙이 거의 들어 맞을것이다

엔트로피법칙이란 에너지는 소모되는 방향으로만 진행된다는것이다

하지만 이 엔트로피법칙은 아시다시피 틀린 법칙이다고 할 수 있다

진화라든지 생명이 생겨난달지..뭔가 생성된다고 할지 이런 현상이 전혀 일어날 수 없으니까 말이다

'카오스'라는 책을 보면 불안정성이 예측이 불가능한 경우 여러가지 선택지가 생긴다고 한다

어떤 패턴으로 예측이 가능하다면 '소멸'과 '안정'상태로 접어들겠지만

예측이 불가능한경우에는 또다른 상태에 접어들 선택지도 존재한다는 것이다

이는 이 세계가 단순히 시각적으로 보는바와 같이 3차원이라면 일어나기 힘든 일이다

이 책에서는 단순한 육각형 눈모양이나 성에무늬 그리고 번개나 이끼류등의 가지치는 문양이 이러한 자연법칙과 관련이 있다고 하는데...평소 이런 지식에 관심이 많았더라면 꼭 봐야할 책이라고 생각한다

필립 볼의 형태학 3부작 중 첫 번째 책인 『모양』은 굳이 분류를 하자면 과학 교양서이지만, 꼭 그렇게 봐야만 하는 이유도 없고, 과학의 분야 중에서도 어느 한 쪽으로(예를 들어, 물리학, 화학, 생물학 등으로) 치우쳐서 분류를 할 필요가 없는 책이다. 다양한 분야를 다루고 있으면서, 서로의 분야에 침투해 들어가는 순간이 눈에 띄지 않을 정도로 자연스럽다. 그래서 어쩌면 조금은 어려울 수도 있지만, 조금의 인내심만 갖는다면 상당히 많은 영감을 받을 수 있는 책이기도 하다.

필립 볼은 패턴이라고 하는, 무엇인지는 알지만 딱히 정의 내리기 쉽지 않은 현상 중에서도 '모양'에 관해서 다양한 논의를 진행하면서 그 논의를 20세기 초반 출판된 톰프슨의 『성장과 형태』와 헤켈의 발생학에 관련한 삽화에서 시작하고 있다.

비록 톰프슨은 자연의 형태와 패턴을 분석함으로써 생명과 비생명의 경계를 허물고 있어 그 동안의 시각에서 보았을 때 전혀 과학적인 모양새를 취하고 있지 않지만, 필립 볼은 그의 생각에 충분히 취할 만한 면이 있으며, 실제로 그의 생각은 그 동안 많은 연구에서 활용되어 왔음을 지적하고 있다. 필립 볼이 예를 들고 있는 물리학이나 화학에서의 패턴 관찰이 모두 톰프슨의 시각에서 보았을 때는 너무나도 당연한 것이다.

필립 볼은 그런 자연의 패턴과 생명체에서 나타나는 패턴의 유사성을 비교하면서 단순한 진화학적 설명을 배격하고 있다. 예를 들어 동물에서 나타나는 줄무늬가 그 동물에게 가해진 선택압력 때문에 진화되었다는 설명은 너무 단순하고, 동어반복적이라는 얘기다.그래서 필립 볼은 다윈주의를 절대적인 진리로 생각하지 않는 것 같아 보인다.

"그것들이 처음에 어떻게 생겨나게 되었는가라는 주제에 대해 다윈주의는 불특정 범위의 팔레트를 무작위 검색하는 것 이상의 설명은 하지 못한다." (209쪽)

"이러한 패턴은 조금도 진화론적 목적을 이룰 수 없는 것으로 보인다." (239쪽)

"그것들은 선택압 아래에 놓이지 않았고, 따라서 거기에는 어떤 다위주의적 근거도 없는 것이 분명하다. ... 자연은 '놀도록 내버려 두었다.'" (240쪽)

하지만, 필립 볼이 얘기하는 것은 다윈주의가 모든 것을 설명하려는 과도함에 대해서 비판하는 것일 뿐, 또한 진화라는 현상에 대해서 좀더 명확히 이래하려는 것이라는 것을 이해해야 한다. 위의 다윈주의의 한계에 대한 지적 뒤의 결론 부분은 분명한 진화론적 설명만이 생물의 현재를 설명할 수 있다는 것이다.

"생물학은 이렇게 '기성품'을 이용하는 것 같이 보이지만 그것은 또한 눈부실 정도로 화려하고 거의 한없는 변이를 만들어 낼 수 있다. 그러나 이 모두가 진화적 맥락 안에서 나타나고, 이것은 자연이 '작동'하는 패턴을 선별할 권한을 가졌음을 의미한다. 살아 있는 자연은 본질적으로 창조적이며 또한 그 창조물의 가치를 평가할 능력이 있다." (265쪽)

그러니까 동물의 줄무늬나 고둥의 나선 모양의 생장이나 모두 진화학에서 말하는 자연선택이 아니라, 자연에 내재되어 있는 어떤 규칙성이 발현되고 있음을 여러 증거를 통해서 발견하고 있다. 바로 그런 자연에 내재되어 있는 규칙성이야말로 물리학, 화학, 생물학 뿐만 아니라, 광물학, 우주학 등을 관통하는 어떤 일반적인 법칙이 될 수 있다는 견해를 갖고 있는 듯하다. 그러나 생물에게 있어 그것이 자리를 잡는가, 아니면 사라져 없어지는가는 분명히 진화적 맥락에서 평가된다는 의미다.

필립 볼은 현대 과학에서 이런 논의가 대다수의 과학자에 의해서는 그리 환영받지 못한 까닭을 분석한다. 과학에는 두 가지 접근 방식이 있으며, 한 가지는 세부 사항을 완전히 이해하는 방식의 과학이지만, 또 한 가지는 '사물 간의 관계에서 큰 그림을 찾는 것'이라는 것이다. 이런 접근 방식 중 큰 그림을 찾는 사람들은 세부 사항에 집중하는 사람들을 환원주의적이라며 비꼬기도 하지만, 정작은 환원주의자들에 의해서 과학이 발달해왔으며, 큰 그림의 옳고 그름도 판별되어 왔다. 그래서 과학자들은 큰 그림을 찾는 사람들을 동일한 부류의 과학자라 잘 부르지 않는 경향이 있다.

그러나 필립 볼은 이러한 생각에서 잘못을 찾지는 않지만, 헤켈이나 톰프슨 같이 큰 그림을 찾는 사람들의 작업을 옹호한다.

"원대한 비전은 더 많은 연구를 자극하는 질문을 만들고 과학이 작은 사실들의 뒤범벅으로 조각나는 것을 막는 일종의 뼈대(비록 일시적이거나 불안정하더라도)를 제공한다." (345쪽)

물론 전제는 존재한다.

"그러나 옳은 길을 간다고 할 수 있는 것은 세부 사항에 주의를 기울일 때뿐이다." (346쪽)

우리는 이 책을 통해서 '살아 있는' 자연이 만들어내는 많은 패턴이 우연에 의해서 만들어지지 않음을 알 수 있다. 그것은 물리적으로나, 화학적으로, 그리고 생물학적으로 그렇게 되는 이유가 있는 것이다. 그러나, 그것은 필연적인 것이 아님을 잘 알고 있어야 한다.반드시 그렇게 되어야만 하는 것은 아니기 때문이다. 비슷하다고 무생물에 어떤 의식을 가정하는 것이 아니라, 무생물에서 나타난 어떤 패턴이 생물에서 나타나는 이유를 신비로운 의식이나 의지에서 찾는 것이 아니라, 과학적 원인을 찾는 것, 이게 필립 볼이 제시하고 있는 다양한, 아름답고도 신기한 모양의 패턴을 제대로 이해하는 방식이다.

"이 패턴들은 어떤 보이지 않는 불가항력으로 좌지우지되는 것이 아니라, 어찌 보면 적절한 기회를 따라 만들어진 것 같다." (376쪽)

(2014. 6)

필립 볼의 형태학 3부작 중 두 번째인 『흐름』은 말 그대로 ‘흐름’에 대한 책이다. 조금 학문적으로 말하자면 유체 역학, 알갱이 역학에 관해서 쓰고 있다. 즉, 액체나 고체의 움직임이 만들어내는 패턴을 얘기하고 있는 것이다.

그 액체나 고체의 움직임, 흐름이라는 것이 무엇을 의미하는지를 따라가보면, 이 책에서 이야기하고 있는 것이 무엇인지가 더 선명해진다.

우선 당연하지만, 물의 흐름에 대해서 이야기하고 있다. 소용돌이치는 물의 흐름에 이어서 우유 한 방울이 스플래시가 나온다(어릴 적 한 우유 회사에서 왕관 모양의 우유 방울의 튀김을 광고하던 것이 생각난다). 다음은 바로 연결해서 공기의 흐름이다. 바람 얘기도 나오고, 곤충 날개 바로 뒤에 생기는 소용돌이도 얘기한다. 당연히 항공 역학과 관련될 수 밖에 없다. 그리고 대류 얘기다. 그 대류는 지구적 규모의 흐름과 관련이 있고, 지구 대기뿐만 아니라 지구 내부의 흐름 역시 대류다.

공기의 흐름은 알갱이를 움직인다. 즉, 모래 얘기가 등장한다. 사막에서 만들어지는 사구(砂丘)에 관심을 갖는 것이 무슨 의미인지 아직도 불명확하지만 그 원리에 열정을 바친 과학자들이 있었다. 사구의 형성은 알갱이들이 쌓였을 때 무너지는 현상에 관심을 갖게 한다. 그냥 높아지면 무너지는 것이 아니라, 거기에도 다 과학이 있으며 아직도 우리가 이해하지 못하는 무엇인가가 있다.

다음으로는 무리의 흐름으로 넘어간다. 여기서 무리란, 새떼, 물고기 떼, 그리고 사람으로 이루어진 군중을 의미한다. 어떤 지도자도 없이 일사분란하게 움직이는 새떼와 물기고 떼에 관심을 갖는 이유는 신비스럽기도 해서 이지만 그것이 사람 세계에서 교통과 보행, 그리고 커다란 집단을 이루는 상황에서의 안전과 관련이 있기 때문이다. 역시 흐름이 문제다.

끝은 다시 흐름이라고 했을 때 가장 먼저 떠올릴 수 밖에 없는 물의 흐름 얘기로 돌아온다. 바로 ‘난류’. 아직도 잘 이해하지 못하는 문제, 바로 ‘난류’ 말이다.

필립 볼이 쓰고 있는 흐름은 바로 이런 것들이다.

필립 볼은 이 쉽지 않은 얘기를 복잡하지 않게 쓰고 있다. 하나의 흐름에서 다른 하나의 흐름으로 자연스럽게 넘어가면서 이 주제들이 얼마나 우리가 살아가는데 반드시 필요한 주제인지에 대해서는 별로 얘기하지 않는다. 다만 얼마나 재미있는 얘기인지에 더 집중을 하고 있는데, 과학이라는 것이 일단은 흥미에서 시작된다고 했을 때 분명 의미 있는 선택이다. 그렇다고 이 주제들이 절대로 그냥 재미만 있는 주제라는 건 아니다. 분명히 의미가 있는 주제들이며, 해결할 만한 가치가 있는 주제들이며, 또 반드시 해결해야만 하는 주제들도 있다. 그런 면에서 무리의 흐름 연구를 통해서 군중 패턴을 파악하고, 이슬람교도들의 메카 순례 시의 안전 문제를 해결한 사례는 극적이지만, 그저 맛보기에 불과할 지도 모른다.

이제 마지막 『가지』로 신나게 넘어갈 차례다.

(2014. 6)

필립 볼의 『가지』는 『모양』, 『흐름』에 이은 형태학 3부작 마지막 권이다. 자연이 이루는 패턴에 대한 3부작에서 소재나 원리에 따라 모양과 흐름, 가지로 나눴는데, 이 셋은 사실은 거의 유사한 주제라고 할 수 있다.

그런데, 중요한 것은 『가지』를 읽더라도 『모양』과 『흐름』을 거의 의식하지 않고 읽어도 된다는 것이다. 그것은 비록 서로 연결되어 있기는 하지만 서로 독립적인 구조를 지니고 있고, 더 결정적으로는 그만큼 자연의 패턴이 다양하다는 것이다.

굳이 따지자면, 『모양』은 형태들의 구성에 관한 것이라면 『흐름』은 그 형태들이 진행에 관한 얘기이고, 『가지』는 그 형태들이 어떻게 연결되는지, 관계에 대한 얘기다. 형태들의 관계는 하나의 점과 선이 확장되어 차원이 높은 하나의 형태를 나타내는지에 대한 문제라고 볼 수 있다. 제목이 '가지'인 이유는, 실제 나무의 가지가 이 책에서 얘기하는 하나의 소재이기도 하거니와, 가지 자체가 점과 선이 확장되어 나아가는 형태로 형성되기 때문이다.

『가지』에서 다루고 있는 것을 따라가보면 이렇다.

우선 눈송이다. 눈송이는 (다들 잘 알다시피) 육각형의 형태를 띠고 있다. 이 육각형의 눈송이 모양을 연구했던 이들에 대한 목록도 짧지는 않은데, 그들의 연구에 대한 소개와 함께 그것의 형성 원리에 대해서 이야기한다.

다음은 역시 유명한 프랙탈(fractal)이다. '프랙탈'의 유행은 이미 지났고, 저자도 프랙탈의 실제적인 의미에 대해서 의심스러워하지만, 프랙탈이 자연의 패턴에서 지니는 중요한 의미에 대해서는 간과할 수가 없다. 프랙탈이라는 용어를 처음 만들어낸 망델브로의 말마따나 프랙탈은 자연 어디에서나 존재하는데, 필립 볼이 언급하고 있는 것들은 모수석(模樹石), 비스커스 핑거링 무늬, 헬레쇼 세포, 이끼나 세균의 생장, 도시의 확장 패턴, 지하철 노선. 이런 것들이다.

필립 볼은 물체가 깨어질 때의 모양에서도 '가지'의 모양을 찾아낸다(누구라도 찾아낼 수 있지만, 거기에 의미를 두는 사람은 그리 많지가 않다). 즉, 땅이나 유리가 보이는 다양한 분지(分枝) 패턴의 균열이 중요한 소재가 되고 있다. 또한 봉투를 손가락으로 뜯을 때의 울퉁불퉁한 무늬 역시 소재다. 왜 그런 현상이 생기는지에 대해서 누가 연구할까 싶지만,역시 적지 않은 연구자 목록이 등장하고 있다.

그 다음으로 소재가 되는 것은 풍경이다. 즉, 물길과 산 능선이 이루는 풍경이다. 강이 보이는 패턴들, 지류와 본류가 합쳐져서 이루는 하천망은 그 자체로 프랙탈 구조이면서 자연의 불균일적이고 예측하기 힘든 패턴이다.

이 책의 제목이 된 나무의 가지와 잎맥에 대한 얘기도 빼놓을 수 없다. 새삼 생각해본 것이지만, 필립 볼은 나뭇가지가 다 비슷하지만 똑같은 것은 없다고 지적하고 있다. 그러니"일반적인 '나무 모양'을 말할 수조차 없다"(178쪽)고 하고 있다. 자연, 혹은 생물이 가지고 있는 패턴과 함께 유일성에 대한 중요한 비유라고 할 수 있지 않을까 싶다.

끝으로는 가장 최신의 연구라 할 수 있는 네트워크의 과학이다. 좁은 세상(small world), 여섯 단계 등의 용어가 나오는 네트워크는 의도하지 않았기 때문에 형성될 수 있는 자연의 패턴인 셈이다. 이 책의 주제가 '관계'라고 했을 때 가장 적합한 소재이기도 하다. 필립 볼은, 그런데, 이 분야에 환호하지는 않는 것 같다. 담담하게 성과와 의미를 설명하고 있다.

이렇게 정리해보면, 『가지』라고 하는 책이 무엇을 얘기하고 있는지 얼추 파악할 수 있을 것 같지만, 정작은 그렇지 않다. 하나의 소재, 하나의 주제마다 어떻게 이렇게 풍부할 수가 있지 싶을 정도로 다양한 논의가 달려 있음은 읽어봐야만 알 수가 있다.

이 단순할 수도, 혹은 무용해 보일 수도 있는 이러한 연구들에 왜 적지 않은 과학자들이 매달려 있는지 이해하지 못한다면 이 책이 이 책이 도움을 줄 것이다. 그렇지 않고, 이 연구들이 가지고 있는 의미에 대해서 적어도 고개를 끄덕일 수 있다면 심오한 자연과 과학의 세계를 이해하는데 도움을 줄 것이다. 비록 두껍지 않은 책이지만, 그래서 복잡한 방정식이나 원리를 구구절절 설명하고 있지는 않지만, 적어도 자연과 생명, 그리고 과학을 알아가는 재미만큼은 차고 넘치는 책이다.

(2014. 6)