복잡한 세상을 이해하는 김범준의 과학 상자 (과학은 복잡하지 않다 세상이 복잡할 뿐)

복잡한 세상을 이해하는 김범준의 과학 상자 (과학은 복잡하지 않다 세상이 복잡할 뿐)

$18.23
Description
통계물리학자 김범준에게 배우는
복잡한 세상에서 과학적으로 사고하는 법
물리학의 눈으로 복잡한 세상만사를 바라보는 통계물리학자 김범준 교수가 새 책으로 돌아왔다. 이번에는 단순한 과학적 사실의 전달을 넘어 이 복잡한 세상에 숨겨진 보편적인 규칙을 발견할 수 있도록 돕는 생각 도구들의 집합인 과학 상자를 전해주고자 나섰다. 저자는 이 책에서 세상을 이해하는 강력한 도구인 11가지 과학 상자를 어떻게 사용해야 하는지 친절하게 안내한다.

얽히고설킨 관계를 점과 선으로 그리는 법, 마당발 찾는 법, 확산을 예측하는 법, 사람을 원자로 보는 법 등 다양한 과학 도구는 여러 구성 요소가 모여 만들어내는 복잡한 현상을 단순하게 분해한 뒤 그 이면에 숨은 단순한 패턴들을 발견하도록 이끈다. 저자는 “인간관계에서 마당발은 왜 생기는 걸까? 카사노바 같은 마당발에게 백신을 전달하면 어떨까? 커피숍과 학교 같은 시설물은 어떤 방식으로 배치해야 효율적일까?” 같은 흥미로운 질문을 통해 과학 도구들을 어떻게 써야 하는지 몸소 보여준다. 과학적 도구들의 사용법은 그다지 어렵지 않으니 겁먹지 마시길. 저자는 말한다. “과학은 복잡하지 않다. 세상이 복잡할 뿐.”
저자

김범준

통계물리학이라는과학상자로왜세상이이렇게돌아가는지,세상이앞으로어떻게변할지질문하고그답을찾는일에관심가득한과학자.과학적방법으로모호한세상을바라볼때문득세상이명징해지는순간이정말아름답다고생각하며다른사람도이아름다움을느낄수있기를바라는사람이다.
서울대학교물리학과에서초전도배열에대한이론연구로박사학위를받았으며현재성균관대학교물리학과교수로재직중이다.물리학자의눈으로본세상사와사람이야기에관한다수의칼럼을썼다.
박사학위를받고스웨덴북부도시우메오에있는우메오대학교에서박사후연구원과조교수로일하면서사회의두사람이몇단계를건너면서로아는사이인지를수학모형을통해설명하는‘작은세계연결망’이론에빠져들어복잡한세상을연구하는물리학자가됐다.
거대한주제를연구하기보다우리일상속에서자연스레떠오르는의문을해결하기를더좋아한다.대표적연구로〈아마추어들끼리노래부르면박자가빨라지는이유〉,〈직립보행과체질량지수의관계〉,〈혈액형과성격의상관관계〉,〈윷놀이에서업는것과잡는것중,어떤것이더유리한가〉등이있다.
대체왜그런게궁금하냐고질문하는사람도많다.사실해답보다는사소한궁금증을어떻게풀수있을까생각하는과정이중요하다고여긴다.그게바로과학이고과학은생각하는방식이기에.게다가궁금증을이런저런방식으로푸는것은그자체로도재밌지만어쩌면사회와세상에쓸모있는의미도얻을수있다.그래서사람들에게생각하는방식,과학이라는재밌는도구상자를전해주고싶어강연을하고책을쓰게됐다.독자들이이과학상자를이용해자신만의궁금증을발굴하고또자신만의해결책을찾는다면더바랄것이없다.

목차

들어가는말
복잡한세상을이해하는과학의도구모음7

과학상자①
얽히고설킨관계를점과선으로그리는법29
-우리세상을연결망으로보기

과학상자②
유독선이많은마당발찾는법51
-카사노바에게백신전달하기

과학상자③
마당발이생기는이유를이해하는법73
-척도없는연결망과허브가중요한이유

과학상자④
점이뭉치는커뮤니티찾는법99
-커뮤니티찾는모형들

과학상자⑤
거시적인패턴을발견하는법119
-키,소득,성씨의확률분포

과학상자⑥
몇가지규칙으로전체를만들어내는법139
-미분방정식과행위자기반모형으로전체그리기

과학상자⑦
(거의)모든확산을예측하는법155
-전염병확산을예측하는다양한모형들

과학상자⑧
사회를이해하기위해사람을원자로보는법185
-의사소통구조와시설물의위치설명하기

과학상자⑨
물질에서비물질이떠오르는현상을이해하는법215
-신경세포와인공신경망모형들

과학상자⑩
서로다른것들이하나가되는구조를찾는법235
-때맞음을설명하는모형들

과학상자11
스스로질서를찾는시스템을이해하는법253
-저절로다가서는임계성으로자연과사회보기

나가는말
과학이라는도구를더잘사용하는법271

출판사 서평

세상이복잡할뿐과학은복잡하지않다
복잡할수록단순하게생각하는법
물리학자가남녀의사랑을이야기한다면어떨것같은가?그는열정으로뜨거운가슴이나잠못이루는밤에대해이야기하지않는다.일단컴퓨터를켜고남자를빨간색점으로,여자를파란색점으로칠한다.연인하나가아니라어떤집단전체에대해서말이다.그러고는연인관계를맺는점들을선으로연결한다.마지막으로점과연결선을지긋이바라본다.
뭐하는거냐고?조금만기다려보자.얼마지나지않아흥미로운사실들이눈앞에드러난다.어떤점은카사노바다.다른점과달리연결선이무수히많다.또어떤점들은사각형을이루고있다.오래전사귀다헤어진남녀가새로운짝을만날때역시연인이었던새로운쪽파트너에서각각짝을선택한것이다.뭐이런아침드라마같은일이!
어떤가?감정을이야기하지않아도점과선만으로도사람과그관계의역사가보인다.때로는절절한사랑에빠진개인이아니라집단전체의관계를봤을때얻을수있는통찰이있다.통계물리학자김범준이하는연구가바로이런것이다.나무를이해하려고나무하나하나를연구하는것이아니라먼저숲전체를바라본다.

숲을보는방법은여러가지다.최근‘핫’한건행위자기반모형이라는방법이다.전체는저절로생기지않는다.항상전체를구성하는요소들이있다.그럼이요소들이특정한규칙을따른다고가정하고시뮬레이션을해볼수있다.구성요소들에게단순한규칙을주어보니그들이만들어내는패턴은다양했고현실을닮아있었다.과학자들은놀랐다.
이를바탕으로흥미로운연구가많이수행됐다.간단한규칙으로새떼가무리지어날아가는모습을구현했다.어떻게인종간거주지분리가발생하는지시험해보기도했다.통행규칙을안지키는소수의행위자가있을때오히려전체통행흐름이원활해진다는사실을검증했다.
산불,지진같은불행한사건이일어나면과학자들은원인을찾는다.전체를보는과학자들은여기서도특별한패턴을발견했다.전체에어떤조작을가하지않더라도전체는스스로를조직화해특정한상태에다가간다는것을.이를‘스스로조직하는임계성’이라고한다.산불은한그루나무의자연발화같은사소한어떤변화가서로늘어선나무들의변화를만들고그것이임계점에이르러거대한산불이된다.어떤큰사건하나가재해의원인이아니다.전체의짜임이만드는임계성이숨은원인이다.만일이를무시하고작은산불을모두초기에진화한다면과도하게울창한숲의밀도는초임계상태에접어들어순식간에불타버릴것이다.
저자김범준은말한다.전체를보고질서를찾는과학적시각을갖는것은이제모든시민의교양이라고.인간은무질서한세상의패턴을찾고미래를예측하는동물이다.질서를찾아야안심한다.문제는여기서생긴다.우리는여전히불안하다.“도대체세상이어떻게돌아가는지모르겠어.”전세계를고통에빠트리는전염병,인류의지속을의심하게하는기후변화,하다못해어디로튈지모르는사람의마음까지.우리에게는이불안에맞설도구가필요하다.숲을보는방법을배워야한다.

전체를‘흘깃’보기
단순하게볼때비로소보이는것들
문제해결공구가든과학상자를열듯이책을편독자는언뜻사소해보이지만우리삶과사회에중요한질문에답하는과정을따라가며도구사용법을습득할수있다.몇단계를거치면미국의특정사람에게소포를전달할수있을까?왜카사노바에게백신을전달하는것이효율적일까?키와소득,성씨의분포는왜그리고어떻게차이가날까?재난상황에서는사람들의행동패턴은어떻게나타날까?전염병과가짜뉴스가순식간에전파될수있는조건은무엇일까?공공기관과상업기관의시설물위치는어떻게배치해야효율적일까?어떻게신경세포라는물질에서의식이라는비물질적현상이탄생할까?
이런질문을해결할때우리는상황에맞는도구를상자에서골라쓸수있다.관계를살펴보는연결망뿐만아니라세상의패턴을발견하는확률분포,몇가지규칙으로전체를그려내는미분방정식과행위자기반모형,확산되는모든것을설명하는전염병확산모형,사람을원자로가정해사회를이해하는사회적원자모형,물질에서비물질이창발하는신경세포모형등복잡계과학의도구는너무나다채롭다!
근본적으로왜우리는도구사용법을알아야할까?왜현상의세부가아니라전체를보는것이중요할까?그것은바로우리를고통스럽게하는당면문제를이해하고통제하려면시스템의구조를아는것이우선이기때문이다.현실의세계는단지부분의합이아니다.세계는모든구성요소가연결되어새롭게창발하는시스템이다.많은나무가모여숲을이루듯구성요소는서로영향을주고받으며전체를이룬다.그렇기에나무하나만바꿔서는시스템에영향을주기어렵다.숲이보여주는‘거시적패턴’을먼저이해해야한다.저자김범준은말한다.“복잡계과학은좀다르다.숲을이해하고싶다면결국나무부터이해해야한다는전제에는당연히동의한다.하지만나무한그루의모든세부정보를전부알고자하는,평생이걸릴어려운과업은미안하지만다른분야의과학자들에게맡긴다.그대신에대강이해한나무한그루의모습에서출발해나무여럿이함께이루는숲으로시선을다시옮긴다.전체를보고싶다면부분은흘깃볼수밖에없기때문이다.현실과정확히같은지도에서우리는아무것도볼수없다.보고자하는정보만을요약해서‘대충’그리는지도가숲전체를이해하기에는더유용할수있다.”(122쪽)

과학상자를열어라!
혼돈에맞서는11가지과학생각법
복잡계과학의과학상자,맥가이버칼은혼돈으로가득한세상에맞설무기와같다.우리는이도구를어떤현상에어떻게적용해야하는지,어떤결과를기대할수있는가.11가지과학상자의핵심을간단히훑어보자.

#과학상자1얽히고설킨관계를점과선으로그리는법
-우리세상을연결망으로보기
점과선으로구성된복잡한연결망은구성요소에는없는독특한성질을가진복잡계를이해하는데있어근본적인뼈대이다.1장에서는아는사람에게만소포를전달했을때평균여섯단계를거치면최종수취인에게소포가전달된다는좁은세상효과와이를설명하는연결망모형을통해현실의복잡계를점과선으로그리는법을배운다.이를통해우리는현실을이해하는첫발을내디딜수있으며우리가사는세상이연결만을본다면그렇게넓지는않다는것도깨달을수있다.

#과학상자2유독선이많은마당발찾는법
-카사노바에게백신전달하기
연결망이생성될때주목해야할것은유독연결선이많은점이생긴다는사실이다.김범준교수가‘마당발’이라고표현하는,연결망용어로는‘허브’라부르는이점은연결망의전체특징과아주밀접히관련되는핵심요소이다.2장에서는남녀관계를점과선으로표현한연결망을통해누가카사노바인지,왜카사노바에게백신을전달하는것이방역에효율적인지탐구하며연결망의핵심,마당발을알아보는법을배운다.

#과학상자3마당발이생기는이유를이해하는법
-척도없는연결망과허브가중요한이유
3장은좀더근본적인질문을던져연결망에서는왜마당발,즉허브가생기는지이해하는법을배운다.소수의점이많은연결선을가지는이런특성을‘척도없는연결망’이라부르는데,대표적인예가바로인터넷이다.척도없는연결망은연결망으로그릴수있는모든관계에적용되는중요한도구인데,우리는척도없는연결망을통해현실에서일어나는다양한사건의미래를예측할수있다.3장에서는그예로서대규모지진의발생가능성을분석해본다.

#과학상자4점이뭉치는커뮤니티찾는법
-커뮤니티찾는모형들
현실의연결망이너무복잡하다면더간단한방법도있다.여러점으로구성된어떤커뮤니티를찾고그커뮤니티를하나의점으로표현하는것이다.그러면직관적으로전체의구조를한눈에파악할수있다.4장에서는커뮤니티를찾는다양한알고리듬을이용해가라테클럽과같은스포츠모임뿐만아니라소설레미제라블의등장인물커뮤니티를함께찾아보며그적용방법을배워본다.

#과학상자5거시적패턴을발견하는법
-키,소득,성씨의확률분포
현실을이해하고자한다면일단은나무가아니라먼저숲을봐야한다.그래야눈앞의숲이보여주는흥미로운거시적특성이어떻게나무의모임에서만들어지는지제대로이해할수있기때문이다.5장에서는키와소득,성씨같이모든사람이가진특성을갖고그확률분포를그려봄으로써나무가아니라숲을보는법을배운다.

#과학상자6몇가지규칙으로전체를만들어내는법
-미분방정식과행위자기반모형으로전체그리기
숲을봤다면이제나무를봐야할차례다.거대하고도아름다운건축물을생각해보자.작은벽돌의모임에서어떻게건물이라는전체가만들어질수있을까.어떤규칙에따라벽돌을쌓는지에따라건물의모양은다를것이다.6장에서는미분방정식,재난상황에서의보행자행동모형,흑백거주지분리모형,새떼의이동모형등행동규칙이만들어내는전체를통해현실을이해하고자하는행위자기반모형을살펴본다.이도구는직접복잡계현상을구현해볼수있다는점에서특히매력적이다.

#과학상자7(거의)모든확산을예측하는법
-전염병확산을예측하는다양한모형들
우리세상에서무엇인가가전파되는현상또한복잡계과학의연구대상이다.컴퓨터바이러스이든,코로나바이러스이든,아니면가짜뉴스의확산이든전파되는대상이무엇이든큰틀에서는거의비슷한방법으로현상을이해할수있다.7장에서는이미종결된메르스확산을되돌아보며모형을통한확산의예측이어떻게가능한지,얼마나정교하게예측할수있는지배워본다.

#과학상자8사회를이해하기위해사람을원자로보는법
-의사소통구조와시설물의위치설명하기
사람들의모임이만들어내는사회는원리적으로는입자의모임이만드는물리계와비슷하다.이렇게물리학의방법을이용하여사회안에서행동하는인간을원자처럼보는,사회적원자라는도구는사회라는아주복잡한현상을이해하기위한기본적인방식이다.8장에서는다른사람의의견을따르는단순한규칙으로투표자모형만들기,사람들이자신이사는곳에서가장가까운시설물을택한다는단순한규칙으로시설물의효율적배치모형만들기를통해사회현상을설명하는방법을배운다.

#과학상자9물질에서비물질이떠오르는현상을이해하는법
-신경세포와인공신경망모형들
뇌는복잡계의전형이다.신경세포라는물질의모임에서그토록장엄하고위대한인간의의식이라는새롭고도거시적인특성이떠오른다.어떻게이런일이가능할까?9장에서는신경세포의작동을기술하는이론모형과인공신경세포로구성된인공신경망을통해물질에서비물질이생긴다는놀라운현상을이해하는법을배운다.

#과학상자10서로다른것들이하나가되는구조를찾는법
-때맞음을설명하는모형들
우리세상에는요로구성요소가함께변하면서질서를만들어내는‘때맞음’현상이널리나타난다.예를들어반딧불이는여럿이모여동시에박자를맞춰불빛을발하는멋진장관을보여준다.규칙적인움직임을반복해질서를만드는대상중쉽게볼수있는예는왔다갔다움직이는진자이다.10장에서는진자의움직임을기술하는모형을살펴보며어떻게다양한구성요소들이하나의특성을나타낼수있는지그이유를찾고이해하는법을배운다.

#과학상자11스스로질서를찾는시스템을이해하는법
-저절로다가서는임계성으로자연과사회보기
복잡계는인위적인개입이없이도내부의메커니즘을통해알아서적절히스스로를조직한다.산불을예로들어보자.나무가성긴숲은산불의피해를거의겪지않는다.어쩌다불이나도나무몇그루만태우지큰규모로번지지는않는다.그렇게시간이지나면이숲에는나무가여기저기자라밀도가커진다.나무의밀도가빽빽해지면산불이났을때큰면적을태운다음에야멈춘다.결국나무의밀도는일정한수준을기준으로오르락내리락하며특정한밀도주변을머문다.복잡계의이런특성은왜그리고어떻게생기는걸까?11장은저절로다가서는임계성이라는도구를통해자연현상과사회현상에서일어나는변화의본성을이해하는법을배운다.

복잡계과학은결국에더좋은삶을위한도구다
저자김범준은복잡계과학으로사소한궁금증을탐구하는데그치지않는다.궁극적으로우리가더잘소통하고,서로를이해하고,우리사회가경제적효