과학 포털 iKAOS

33 Contents

호흡계와 소화계는 어떻게 작동할까?

의과대학 교육의 상징인 해부학 실습을 통해 우리 몸의 내부를 들여다보면 가슴뼈 안쪽의 폐와 그 사이의 심장을 발견하게 됩니다. 복부를 열면 소장과 대장 같은 소화기관들이 복잡하게 얽혀 있으며, 위와 간도 제자리를 지키고 있습니다. 하지만 단순히 눈에 보이는 폐가 호흡계의 전부이고 창자가 소화계의 대부분이라고 생각해서는 안 됩니다. 호흡계는 폐뿐만 아니라 코, 후두, 기관, 기관지 등 공기의 통로가 되는 다양한 구조물들이 유기적으로 결합하여 기능적인 목표를 달성하는 복합적인 체계이기 때문입니다. 폐는 스스로 움직일 수 있는 근육 조직이 없기에 자발적인 운동이 불가능합니다. 우리가 숨을 쉴 때마다 약 0.5리터의 공기가 드나들 수 있는 비결은 늑간근과 횡격막의 협동 덕분입니다. 늑간근이 수축하며 흉곽을 확장시키면 말랑말랑한 폐가 함께 늘어나며 외부 공기를 빨아들입니다. 특히 평상시 가벼운 호흡에서는 가슴과 복부를 나누는 횡격막의 상하 운동이 결정적인 역할을 수행합니다. 결국 흉곽을 구성하는 뼈와 근육들 역시 호흡이라는 생명 활동을 가능케 하는 호흡계의 필수 구성 요소라고 할 수 있습니다. 호흡 근육들의 정교한 움직임은 뇌와 척수에서 내려오는 신경 신호에 의해 조절됩니다. 우리가 의식하지 않아도 규칙적으로 숨을 쉬는 것은 뇌간에 위치한 호흡중추가 자율신경계를 통해 끊임없이 명령을 내리기 때문입니다. 이 신경세포들은 혈액 속의 산소와 이산화탄소 농도를 실시간으로 감지하며, 격렬한 운동 상황에 맞춰 호흡의 속도와 깊이를 조절하는 회로를 형성합니다. 따라서 호흡계의 범주에는 물리적인 폐와 근육뿐만 아니라, 이를 총괄 제어하는 신경계의 복잡한 네트워크까지 포함되어야 마땅합니다. 소화계 역시 단순히 음식물이 지나가는 통로 그 이상의 의미를 지닙니다. 입에서 항문까지 이어지는 경로를 따라 음식물이 분자 수준으로 분해되어 흡수되기 위해서는 막대한 양의 소화액이 필요합니다. 침샘, 위, 이자 등에서 분비되는 효소들과 간에서 만들어진 담즙은 영양소를 잘게 부수는 화학적 공장 역할을 수행합니다. 하루 동안 우리 몸에서 분비되는 소화액의 양은 무려 7리터에 달하며, 이러한 액체들이 유기적으로 작용해야만 비로소 생존에 필요한 에너지를 얻는 소화 과정이 완성될 수 있습니다. 위장관의 움직임을 조절하는 것은 '장의 뇌'라고 불리는 독자적인 신경망입니다. 장벽에 촘촘하게 배열된 신경세포의 숫자는 척수의 신경세포 수와 맞먹을 정도로 방대하며, 이는 뇌의 지시 없이도 소화 과정을 자율적으로 조절하는 능력을 갖추고 있습니다. 우리가 느끼는 본능적인 감각인 '거트 필링(gut feeling)'은 이러한 복잡한 신경계의 상호작용에서 비롯됩니다. 결국 인체의 기관계는 단순한 해부학적 구조를 넘어 다층적인 네트워크로 연결된 시스템이며, 이를 통합적으로 이해하는 것이 생명의 신비를 푸는 열쇠가 됩니다.

과학플랫폼 SOAK

생명과학
뇌인지과학

[강연] 알고 나면 대수로운 대수기하학 1_by 김영훈 / 2024 봄 카오스강연 '세상에 나쁜 수학은 없다' 5강 첫 번째 이야기 | 5강 ①

수학자라고 하면 흔히 우리와 다른 세상에 살거나 복잡한 계산을 척척 해내는 천재를 떠올리곤 합니다. 하지만 실제 수학자들은 계산기 없이는 간단한 셈도 불안해하거나, 일상에서는 멍하니 생각에 잠겨 바보 같다는 소리를 듣기도 하는 평범한 면모를 지니고 있습니다. 수학의 본질은 단순한 암산이 아니라 기호와 논리를 통해 세상을 이해하는 과정에 있기 때문입니다. 이들은 MBTI의 'T' 성향처럼 이성적일 때도 있지만, 새로운 아이디어를 위해 끊임없이 상상하는 'N'의 면모도 함께 갖추고 있습니다. 수학은 다른 학문과 달리 기존의 이론이 폐기되지 않고 켜켜이 쌓여 거대한 탑을 이루는 독특한 학문입니다. 경제학이나 다른 사회과학이 시대의 흐름에 따라 패러다임이 바뀌며 이전 이론을 대체하는 것과 대조적입니다. 특히 대수기하학은 중고등학교 과정부터 접할 수 있는 익숙한 분야이면서도, 인류 역사상 가장 뛰어난 천재들의 업적이 층층이 쌓여 만들어진 매우 깊고 매력적인 학문입니다. 한 층이 완성되면 다음 천재가 그 위에 새로운 층을 올리는 방식으로 수학의 지평은 계속해서 넓어지고 있습니다. 현대에 이르러 인공지능이 수학적 난제를 해결할 것이라는 기대가 높지만, 수학의 진정한 가치는 문제를 해결할 때 느끼는 인간의 희열에 있습니다. 인공지능은 방대한 데이터를 계산하고 새로운 패턴이나 반례를 찾는 데 탁월한 능력을 발휘하며 수학자들에게 새로운 도구를 제공합니다. 그러나 어려운 문제를 며칠 밤낮 고민하다가 마침내 해답을 찾아냈을 때의 그 통쾌함과 행복은 기계가 결코 흉내 낼 수 없는 영역입니다. 이러한 성취감은 수학을 단순한 공부가 아닌 즐거운 놀이이자 예술로 만드는 원동력이 됩니다. 수학적 즐거움을 보여주는 대표적인 사례로 '바리뇽의 정리'가 있습니다. 아무렇게나 그린 못생긴 사각형이라도 각 변의 중점을 연결하면 마법처럼 완벽한 평행사변형이 나타납니다. 처음에는 우연처럼 보이지만, 대각선이라는 보조선 하나를 긋는 순간 닮음의 원리가 명확히 드러나며 해답이 벼락처럼 머릿속을 스칩니다. 이처럼 보이지 않던 구조를 발견하고 논리적으로 증명해 나가는 과정은 마치 마술의 비밀을 알아내는 것과 같은 짜릿한 쾌감을 선사하며, 이것이 바로 수학자들이 연구에 몰두하는 이유입니다. 오일러가 해결한 '쾨니히스베르크의 다리 문제'는 복잡한 현실을 단순화하여 구조를 파악하는 수학적 사고의 정수를 보여줍니다. 그는 지형의 구체적인 수치 대신 연결 관계에만 집중하여 '그래프 이론'이라는 새로운 분야를 개척했습니다. 이러한 발상의 전환은 오늘날 물류 시스템, 데이터 네트워크 설계, 지하철 노선도 등 현대 산업 전반에 걸쳐 핵심적인 역할을 하고 있습니다. 수학은 단순히 숫자를 다루는 학문을 넘어, 복잡한 세상 속에서 우리에게 정말 중요한 데이터가 무엇인지 선별해 주는 강력한 도구입니다.

김영훈

카오스재단2024 카오스강연 '세상에 나쁜 수학은 없다'

수학

[인터뷰] 박건웅_예측을 넘어 인과관계를 해석하는 데이터 사이언스🧑‍💻📊🖥️｜제31회 서울대 자연과학 공개강연_"세상을 바꾼 과학, 과학이 여는 미래"

현대 데이터 과학의 핵심은 단순히 정보를 수집하는 것을 넘어, 데이터 이면에 숨겨진 복잡한 관계를 파악하는 데 있습니다. 특히 그래피컬 모델과 네트워크 분석은 변수들 사이의 함수 관계나 인과관계를 규명하는 데 초점을 맞춥니다. 기존의 인공지능이 주로 상관관계에 기반하여 미래를 예측했다면, 이 연구 분야는 원인이 바뀌었을 때 결과가 어떻게 변하는지 그 시스템 자체를 이해하고자 합니다. 이러한 접근은 인공지능이 인간의 의사결정 과정을 보다 정교하게 보조하고 대체할 수 있는 지식의 토대가 됩니다. 현재 우리가 사용하는 인공지능은 여러 한계점을 지니고 있습니다. 가장 큰 문제는 데이터의 편향성으로, 주로 선진국 위주의 데이터가 수집되다 보니 보편적인 판단을 내리는 데 어려움이 있습니다. 또한 모델이 지나치게 복잡해지면서 결과가 도출된 이유를 인간이 이해하지 못하는 '블랙박스' 현상이 발생합니다. 이는 고성능 컴퓨팅 자원의 과도한 사용으로 이어져 환경 문제까지 야기하고 있습니다. 따라서 다음 세대의 인공지능은 이러한 불투명성과 비효율성을 극복하는 방향으로 진화해야 합니다. 미래의 인공지능은 단순히 예측 성능을 높이는 것을 넘어, '설명 가능한 AI'를 지나 '해석 가능한 AI' 혹은 '인과관계 AI'로 나아가야 합니다. 이는 특정 변수가 결과에 어떤 영향을 미쳤는지 단순히 나열하는 수준을 넘어, 왜 그런 결과가 초래되었는지 논리적으로 설명할 수 있는 능력을 의미합니다. 데이터가 생성되는 시스템 자체를 이해하는 방법론이 개발된다면, 인공지능은 단순한 도구를 넘어 인간의 논리적 사고를 뒷받침하는 강력한 파트너로서 그 역할을 수행하게 될 것입니다. 인과관계를 추론하는 그래피컬 모델은 다양한 실무 분야에서 혁신적인 변화를 이끌어낼 수 있습니다. 신약 개발 과정에서는 약물이 인체 면역 시스템에 미치는 영향을 분석하여 치료 효과를 극대화하고, 예상치 못한 부작용을 사전에 예측하는 데 활용됩니다. 사회 정책 분야에서도 특정 정책이 사회 전반에 미치는 파급 효과를 분석하여 의도한 목표를 달성할 수 있는지, 혹은 예기치 못한 사회적 부작용이 발생하지는 않을지 미리 판단할 수 있게 해줍니다. 이는 데이터 기반의 정밀한 의사결정을 가능케 합니다. 과학자의 길을 걷기 위해서는 연구가 세상을 어떻게 바꿀지에 대한 거시적인 시각을 갖는 것이 중요합니다. 하지만 장기적인 레이스를 완주하기 위해서는 자신만의 스트레스 관리법 또한 필수적입니다. 운동이나 등산과 같은 신체 활동은 연구 과정에서 쌓인 스트레스를 해소하고 다시 몰입할 수 있는 에너지를 제공합니다. 결국 좋아하는 일을 지속할 수 있는 힘은 학문적 열정과 건강한 생활 습관의 균형에서 비롯됩니다. 이러한 균형은 과학자로서의 삶을 더욱 풍요롭고 지속 가능하게 만들어 줄 것입니다.

박건웅

카오스재단서울대자연과학공개강연

수학

[연구뭐하지?] 설명력에 강점을 둔 통계적 인공지능, 그래피컬 모델 연구_박건웅 교수 | 서울대학교 “데이터사이언스&머신러닝 연구실”

데이터 분석 분야에서 그래프를 활용한 연구는 복잡한 변수 간의 관계를 시각화하고 분석하는 데 탁월한 도구입니다. 특히 방향성 비순환 그래프(DAG)는 변수들 사이의 인과관계나 기능적 연결성을 파악하는 데 중점을 둡니다. 이는 단순히 특정 타겟 변수를 예측하는 일반적인 통계 모델을 넘어, 전체 변수를 동등한 위치에서 바라보며 그들 사이의 구조적 메커니즘을 학습하는 과정입니다. 연구자는 동일한 표본 크기에서도 최적의 학습 결과를 도출할 수 있는 알고리즘을 개발하며 데이터 생성의 원리를 탐구합니다. 이러한 그래피컬 모델은 사회과학이나 의학 분야에서 실질적인 가치를 발휘합니다. 새로운 정책이 시행될 때 그 정책이 목표한 효과를 거두는지 분석할 뿐만 아니라, 예상치 못한 부작용이나 연쇄 반응을 미리 가늠해 볼 수 있는 지표가 됩니다. 신약 개발 과정에서도 약물이 질병 치료에 미치는 직접적인 효능과 더불어 간접적으로 발생할 수 있는 부작용을 예측함으로써 연구의 정밀도를 높이는 데 기여합니다. 이는 복잡하게 얽힌 현대 사회의 문제들을 체계적으로 이해하는 데 중요한 역할을 합니다. 연구의 여정은 긴 시간과 노력이 필요한 고된 작업입니다. 아무리 뛰어난 지능을 가졌더라도 난해한 문제를 해결하기 위해서는 수년의 시간이 필요하며, 이 과정에서 인내심과 체력, 그리고 끊임없는 도전 정신이 필수적입니다. 지도 교수는 학생들이 연구의 기초를 다질 수 있도록 세심하게 이끌어주는 역할을 수행하며, 학생들이 스스로 한계를 극복하고 독립적인 연구자로 성장할 수 있는 환경을 조성해야 합니다. 이러한 세밀한 지도는 학생들이 연구의 방향을 잃지 않고 나아갈 수 있는 나침반이 되어줍니다. 대학원 과정에 입문한 학생들은 단순히 기존의 논문을 이해하는 수준에 머물러서는 안 됩니다. 읽은 내용을 바탕으로 해당 연구의 한계점이 무엇인지, 어떤 부분을 개선할 수 있을지 비판적으로 사고하는 습관을 기르는 것이 중요합니다. 생소한 분야일지라도 새로운 지식을 습득하려는 의지와 그래프 이론에 대한 거부감 없는 태도는 연구 역량을 확장하는 밑거름이 됩니다. 지식을 수동적으로 수용하기보다 능동적으로 의문을 제기하고 대안을 찾는 과정이 진정한 학문적 성장의 시작입니다. 그래피컬 모델과 같은 희소성 있는 분야는 연구 커뮤니티가 넓지 않지만, 그만큼 개척할 수 있는 영역이 무궁무진하다는 장점이 있습니다. 석사 과정을 통해 연구의 기초를 경험하고 전문성을 쌓은 뒤 박사 과정으로 진학하는 경로는 자신의 적성을 확인하고 깊이 있는 학문적 성취를 이루는 합리적인 선택이 될 수 있습니다. 통계학적 사고를 바탕으로 끈기 있게 연구에 몰입하는 시간은 전문가로 성장하는 소중한 자산이 되며, 이는 곧 해당 분야의 발전을 이끄는 원동력이 됩니다.

박건웅

카오스재단연구뭐하지

수학

[대담] 과학이 연결하는 삶, 사회, 미래 l 제30회 서울대 자연과학대학 공개강연

코로나19 팬데믹은 우리 사회의 수많은 연결을 단절시켰지만, 동시에 연결의 진정한 의미를 되새기게 하는 계기가 되었습니다. 지난 2년여의 시간 동안 우리는 대면 접촉이 제한된 환경 속에서 온라인이라는 새로운 통로를 통해 소통을 이어왔습니다. 이러한 경험은 우리에게 단순한 지식의 전달을 넘어, 사람과 사람이 직접 만나 교감하는 것이 얼마나 소중한 가치를 지니는지 깨닫게 해 주었습니다. 이제 우리는 포스트 코로나 시대를 맞이하며, 과거의 연결 방식을 단순히 복원하는 것을 넘어 더 깊고 본질적인 연결을 고민해야 하는 시점에 서 있습니다. 대학 생활의 시작과 함께 팬데믹을 맞이한 이른바 '코로나 학번'들은 연결의 단절을 가장 직접적으로 경험한 세대입니다. 캠퍼스의 낭만 대신 모니터 앞에서의 비대면 수업에 익숙해져야 했던 이들은 교수님과의 교감이나 선후배 간 유대감 형성에 큰 어려움을 겪었습니다. 온라인 수업은 효율성 측면에서 장점이 있었지만, 공동체 의식을 느끼거나 인간관계를 확장하는 데에는 한계가 분명했습니다. 이러한 결핍의 경험은 역설적으로 오프라인에서의 만남과 실제적인 소통이 개인의 성장과 정서적 안정에 얼마나 필수적인 요소인지를 다시금 확인시켜 주었습니다. 현대 사회는 인터넷과 SNS의 발달로 인해 언제 어디서나 타인과 연결될 수 있는 초연결 사회로 진입했습니다. 하지만 이러한 과잉 연결은 때로 우리에게 심리적 부담과 강박을 안겨주기도 합니다. 알고리즘이 권하는 정보에 매몰되거나 타인의 삶과 자신을 끊임없이 비교하며 소외감을 느끼는 현상이 나타나고 있기 때문입니다. 우리는 더 많은 사람과 연결되어야 한다는 강박에서 벗어나, 어떤 연결이 진정으로 나에게 유익한지 선별할 수 있는 능력을 길러야 합니다. 무분별한 연결의 홍수 속에서 자신을 지키는 절제와 제어가 필요한 시대입니다. 네트워크 과학의 관점에서 볼 때, 가장 흥미로우면서도 다루기 어려운 연결 중 하나는 바로 자기 자신과의 연결인 '자기 연결(Self-link)'입니다. 외부 세계와의 연결이 과잉된 상태에서는 정작 내가 누구인지, 내가 진정으로 원하는 것이 무엇인지 고민할 시간이 부족해집니다. 일기를 쓰거나 명상을 하는 등 자신과 대화하는 시간을 갖는 것은 복잡한 네트워크 속에서 자아를 잃지 않기 위한 필수적인 과정입니다. 타인과의 관계를 잠시 끊어내고 고독을 즐길 줄 아는 능력은, 오히려 타인과 더 건강하고 깊이 있게 연결될 수 있는 단단한 내면의 기초가 됩니다. 연결의 개념은 인간 사회를 넘어 생태계 전체로 확장되어야 합니다. 우리가 무심코 사용하는 플라스틱이 남태평양 알바트로스의 생명을 위협하는 것처럼, 지구상의 모든 존재는 보이지 않는 끈으로 촘촘히 연결되어 있습니다. 21세기의 연결은 단순히 정보의 교환을 넘어, 우리의 행동이 자연과 비인간 존재들에게 어떤 영향을 미치는지 성찰하는 책임감을 포함해야 합니다. 보이지 않는 통로를 통해 전달되는 부정적인 영향력을 차단하고, 공존을 위한 새로운 연결망을 설계하는 것은 미래 세대가 짊어져야 할 중요한 과제이자 인류의 생존이 걸린 문제입니다. 새로운 시대의 복잡한 문제들을 해결하기 위해서는 단일 학문의 경계를 넘어선 학문 간 융합이 필수적입니다. 자연과학과 사회과학, 인문학이 서로 소통하며 지식의 지평을 넓힐 때 비로소 창의적인 해법이 도출될 수 있습니다. 한 분야에만 매몰되지 않고 다양한 학문의 세계를 여행하는 태도는 세상을 바라보는 시야를 넓혀줍니다. 실험실의 데이터가 사회적 맥락과 만나고, 철학적 사유가 과학적 발견과 결합할 때 우리는 더 나은 미래를 설계할 수 있는 힘을 얻게 됩니다. 학문 간 융합은 단순한 지식의 합을 넘어 새로운 가치를 창출하는 원동력이 됩니다. 결국 포스트 코로나 시대의 연결은 양적인 팽창보다는 질적인 깊이를 지향해야 합니다. 디지털 기술을 활용한 효율적인 연결과 대면을 통한 감성적인 연결이 조화를 이룰 때, 우리 삶은 더욱 풍요로워질 것입니다. 또한 자기 자신과의 연결을 통해 내면을 다지고, 타인 및 자연과의 관계에서 윤리적 책임을 다하는 태도가 필요합니다. 연결은 단순히 점과 점을 잇는 행위가 아니라, 서로의 존재를 인정하고 함께 성장해 나가는 과정입니다. 우리가 만들어갈 미래의 연결망이 더욱 따뜻하고 지속 가능한 모습이기를 기대하며, 새로운 소통의 여정을 시작해야 할 때입니다.

김홍중, 신석민

카오스재단서울대자연과학공개강연

화학
융합

[강연] Acts of a Darwin’s Apostle [다윈 사도 행전] _ by최재천 ㅣ 2022 가을 카오스강연 '진화' 10강 | 10강

진화라는 학문은 단순히 생명의 역사를 나열하는 데 그치지 않습니다. 그것은 우리가 지구라는 행성에서 다른 생명체들과 어떻게 상호작용하며 살아가야 하는지를 가르쳐 줍니다. 진화를 공부하며 우리는 더 나은 사람이 되고 싶다는 열망을 품게 됩니다. 여기서 더 나은 사람이란 사회적 성취를 이룬 사람이 아니라, 생명의 공생 원리를 이해하고 타자에게 더 다정한 존재가 되는 것을 의미합니다. 이러한 깨달음은 우리 삶을 지탱하는 강력한 힘이 됩니다. 서구 사회에서 찰스 다윈은 인류 역사상 가장 영향력 있는 인물 중 하나로 손꼽히지만, 한국에서의 위상은 상대적으로 낮었습니다. 다윈의 진화론은 단순한 과학 이론을 넘어 인류의 사고방식을 송두리째 바꾼 위대한 아이디어입니다. 하지만 한국은 오랫동안 다윈의 사상을 깊이 있게 수용하지 못한 '다윈 후진국'에 머물러 있었습니다. 이를 극복하기 위해 학계에서는 다윈의 저서들을 제대로 번역하고 그의 이론을 대중에게 알리려는 노력을 지속해 왔습니다. 과학계의 거두인 제임스 왓슨과 에드워드 윌슨의 일화는 진화론이 가진 통합의 힘을 잘 보여줍니다. 분자생물학과 자연주의라는 서로 다른 길을 걷던 두 천재는 한때 극심한 갈등을 겪기도 했습니다. 그러나 결국 왓슨은 윌슨이 연구하는 생물 다양성과 진화의 중요성을 인정하며 화해를 청했습니다. 이는 미시적인 유전자 연구와 거시적인 생태 연구가 결국 다윈이라는 거대한 줄기 아래에서 하나로 만날 수 있음을 시사하는 상징적인 사건입니다. 다윈의 사상을 온전히 이해하기 위해서는 그의 원전을 정확하게 읽는 과정이 필수적입니다. 하지만 다윈 특유의 만연체 문장과 방대한 분량은 번역가들에게 큰 도전이었습니다. 한국의 학자들은 '다윈 포럼'을 결성하여 《종의 기원》을 비롯한 주요 저서들을 현대적인 언어로 다시 번역하는 고된 작업을 이어왔습니다. 이러한 노력은 한국 사회가 다윈 중진국을 넘어 선진국으로 나아가는 학문적 토대가 되었으며, 대중이 진화론의 정수에 더 가까이 다가갈 수 있게 했습니다. 리처드 도킨스의 《이기적 유전자》는 많은 이들에게 세상을 바라보는 새로운 렌즈를 제공했습니다. 유전자의 관점에서 생명 현상을 바라보는 방식은 처음에는 다소 충격적이고 허무하게 느껴질 수 있습니다. 하지만 이 일관된 논리 체계는 복잡한 세상의 문제들을 명쾌하게 설명해 주는 힘이 있습니다. 유전자 렌즈를 통해 우리는 인간의 행동과 사회 구조를 더 깊이 이해하게 되며, 이는 개인의 인생관과 가치관을 송두리째 바꾸는 지적인 희열을 선사합니다. 진화론의 진정한 가치는 상아탑을 넘어 우리 삶의 현장에 적용될 때 빛을 발합니다. 통섭적 사고를 바탕으로 한 진화학은 의학, 사회학, 심지어 법률 분야에까지 깊은 영감을 줍니다. 호주제 폐지 과정에서의 진화론적 변론이나, 감염병 예방을 위한 '생태 백신' 개념은 그 좋은 예입니다. 자연을 보호하는 것이 곧 인류를 보호하는 길이라는 깨달음은 진화론이 우리에게 주는 실천적인 지혜입니다. 이는 기후 위기 시대에 인류가 나아가야 할 방향을 제시합니다. 진화론을 깊이 공부하다 보면 마주하게 되는 허무주의는 역설적으로 우리에게 해탈과 같은 평온함을 줍니다. 우리가 유전자에 의해 만들어진 존재라는 사실을 받아들이는 순간, 지나친 욕심을 내려놓고 주어진 삶에 충실할 수 있는 자유를 얻게 됩니다. 진화의 관점에서 삶을 바라보는 것은 결코 무책임한 태도가 아닙니다. 오히려 생명의 거대한 흐름 속에서 자신의 위치를 파악하고, 하루하루를 더 소중하고 다정하게 살아가게 하는 숭고한 철학적 태도입니다.

최재천

카오스재단카오스강연

생명과학

[인터뷰] 김유섭 _ '진화는 어떻게 일어나는가?'를 푸는 집단유전학 | 2022 카오스강연 '진화'

진화생물학은 생명체가 시간에 따라 어떻게 변화하는지를 탐구하는 학문으로, 무생물과는 비교할 수 없을 만큼 복잡한 생명의 신비를 다룹니다. 이 분야의 매력은 연구 방법의 다양성에 있습니다. 자연 속에서 동식물을 관찰하는 현장 연구자부터 실험실에서의 정밀한 분석을 즐기는 학자, 그리고 고도의 수학적 모델을 설계하는 이론가까지 각기 다른 배경을 가진 이들이 모여 학문적 토대를 쌓아 올립니다. 이러한 다학제적 성격은 진화생물학만이 가진 독창적인 면모이자 연구자들을 매료시키는 핵심 요소입니다. 지구상의 거대한 생물다양성을 설명하는 핵심 열쇠임에도 불구하고, 그동안 국내 진화생물학계의 규모는 주요 선진국에 비해 상대적으로 작았습니다. 생물학 커뮤니티 내에서 진화생물학의 중요성은 인지되어 왔으나, 이를 뒷받침할 체계적인 학술 조직의 부재가 아쉬움으로 남았습니다. 다행히 최근 뜻을 함께하는 연구자들이 모여 한국진화학회를 창립하며 새로운 전기를 마련했습니다. 약 40여 명의 정회원이 힘을 모은 이번 학회 설립은 국내 진화생물학 연구의 구심점 역할을 할 것으로 기대됩니다. 현재 우리나라 진화생물학 분야에는 흥미로운 불균형이 존재합니다. 대중 과학 서적 시장에서는 진화생물학 관련 도서가 큰 인기를 끌고 독자들의 관심도 매우 높지만, 정작 새로운 지식을 창출하는 전문 연구 인력은 턱없이 부족한 실정입니다. 이는 마치 관객과 평론가는 넘쳐나는데 정작 영화를 만드는 감독과 배우가 부족한 영화계의 모습과도 같습니다. 따라서 이제는 연구자 간의 네트워크를 공고히 구축하고, 차세대 진화생물학자들을 체계적으로 육성하여 학문의 내실을 다지는 노력이 절실한 시점입니다. 진화생물학은 더 이상 다른 생물학 분야와 동떨어진 고립된 학문이 아닙니다. 유전체학, 분자생물학, 바이러스학 등 현대 생물학의 주류 분야들과 긴밀하게 상호작용하며 함께 발전하는 단계에 접어들었습니다. 특히 호모 사피엔스가 어떻게 독보적인 생존 능력을 갖추게 되었는지, 그리고 다른 호미닌 종들의 멸종과 현재의 생태계 변화에 어떤 영향을 미쳤는지를 이해하는 데 진화적 관점은 필수적입니다. 한국진화학회는 이러한 학문 간 경계를 허물고 다양한 협력 과제를 수행하며 진화생물학의 지평을 넓혀갈 계획입니다. 진화의 구체적인 기제를 다루는 집단유전학은 진화가 어떤 방식으로 일어나는지를 과학적으로 규명하는 학문입니다. 20세기 초중반 기초를 닦은 창시자들의 시대를 지나, 현재는 방대한 유전 데이터를 바탕으로 '집단유전학의 르네상스'라고 불릴 만큼 눈부신 발전을 거듭하고 있습니다. 집단유전학의 탄생 배경부터 그 과정에서 발생한 학술적 갈등, 그리고 오늘날 현대 생물학에서 꽃을 피우기까지의 전 과정을 살펴봄으로써, 진화라는 거대한 흐름을 이해하는 유익한 토대를 마련할 수 있습니다.

김유섭

카오스재단석학인터뷰

생명과학

[강연] 좋은 균, 나쁜 균, 이상한 균 _ 류충민 ㅣ 2022 카오스강연 '생명행성' 1강 | 1강

식물은 움직일 수 없다는 치명적인 단점을 안고 수억 년을 생존해 왔습니다. 그 비결은 미생물과의 긴밀한 상호작용에 있습니다. 린 마굴리스가 제안한 '홀로바이옴' 개념은 식물과 미생물을 별개의 존재가 아닌 하나의 연합체로 봅니다. 우리 세포 속 미토콘드리아나 엽록체도 과거에는 독립된 미생물이었으나 공생을 통해 세포의 일부가 되었습니다. 이처럼 식물은 보이지 않는 수많은 세균, 진균과 협력하며 지구 생태계의 당당한 주인공으로 자리 잡았습니다. 미생물은 현미경으로만 볼 수 있을 정도로 작지만, 지구상 어디에나 존재합니다. 섭씨 수백 도의 열수구나 산소가 없는 극한 환경에서도 그들은 삶을 이어갑니다. 흔히 미생물이라고 하면 병을 일으키는 나쁜 존재로만 생각하기 쉽지만, 실제로 병원균은 전체의 0.0001%도 되지 않습니다. 대부분의 미생물은 죽은 유기물을 분해하여 자연으로 돌려보내는 분해자 역할을 수행합니다. 이들이 없다면 지구의 생태 순환은 멈추고 말 것입니다. 인류 역사에서 미생물은 거대한 변화를 이끌어왔습니다. 19세기 아일랜드 대기근은 감자역병균이라는 작은 진균에서 시작되어 수많은 인명 피해와 대규모 이주를 초래했습니다. 이후 인류는 비료와 농약을 개발하며 '녹색 혁명'을 이루어 기아 문제를 해결하려 노력했습니다. 하지만 최근에는 농약에 대한 내성 문제가 대두되면서, 화학적 방제 대신 식물 본연의 면역력을 높이고 미생물 생태계를 활용하는 친환경적인 연구가 더욱 중요해지고 있습니다. 식물의 뿌리 주변인 근권은 미생물들에게는 거대한 먹이 창고와 같습니다. 식물은 광합성 산물의 약 30%를 뿌리를 통해 토양으로 내보내며 미생물을 유인합니다. 미국 워싱턴주의 밀밭 사례를 보면, 특정 병해가 창궐하다가도 시간이 지나면 자연스럽게 억제되는 현상이 나타납니다. 이는 뿌리 주변에 병원균을 억제하는 유익균인 '슈도모나스'가 늘어났기 때문입니다. 식물은 스스로를 보호하기 위해 특정 미생물을 선택하고 그들과 공생하는 지혜를 발휘합니다. 최근 과학자들은 단일 미생물이 아닌 미생물 공동체, 즉 네트워크의 힘에 주목하고 있습니다. 토마토 풋마름병 연구에 따르면, 건강한 식물 곁에는 병원균이 존재하더라도 이를 억제하는 핵심 미생물들이 네트워크를 형성하고 있었습니다. 마치 연예인들의 인맥 지도처럼 미생물 사이에도 중심 역할을 하는 '허브 균주'들이 존재합니다. 여러 유익균을 적절히 조합했을 때 단일 균주보다 훨씬 강력한 방어 효과를 나타낸다는 사실은 생태계의 다양성이 얼마나 중요한지 시사합니다. 병원균 또한 식물을 공격하기 위해 정교한 전략을 구사합니다. 세균은 식물의 호흡 통로인 기공을 강제로 열기 위해 특수한 물질을 분비하며, 세포벽을 뚫고 폭탄과 같은 단백질을 주입하는 '분자 주사기'를 사용합니다. 특히 이들은 '정족수 인식'이라는 소통 방식을 통해 동료의 수가 충분히 모일 때까지 숨어 있다가, 일제히 독소를 뿜어내어 식물의 면역 체계를 무너뜨립니다. 식물과 미생물은 수억 년 동안 이처럼 치열한 창과 방패의 전쟁을 이어오고 있습니다. 식물은 위급 상황에서 일종의 SNS와 같은 신호 체계를 가동합니다. 온실가루이 같은 해충이 잎을 공격하면, 식물은 체관을 통해 뿌리로 위험 신호를 보냅니다. 이 신호를 받은 뿌리는 평소보다 더 크게 자라나며 유익균인 슈도모나스를 대거 불러모읍니다. 놀랍게도 이렇게 모인 유익균은 식물의 면역력을 높일 뿐만 아니라 해충을 직접 공격하기도 합니다. 움직일 수 없는 식물이지만, 보이지 않는 미생물 군대를 동원하여 자신을 지키는 고도의 생존 전략을 펼치는 셈입니다.

류충민

카오스재단카오스강연

생명과학

[인터뷰] 강호정_땅속 미생물이 인간이 배출하는 CO2의 5배 이상 배출한다? | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

흙 속 미생물과 기후 변화를 연구하는 생태학의 세계에서 가장 주목받는 식물 중 하나는 '스파그넘'이라 불리는 물이끼입니다. 이 식물은 화려한 꽃도 없고 성장 속도도 매우 느리지만, 죽은 뒤에도 잘 썩지 않고 땅속에 층층이 쌓이는 독특한 성질을 지니고 있습니다. 주로 춥고 축축한 북미나 시베리아 지역에 분포하며, 광합성을 통해 흡수한 탄소를 장기간 저장하는 중요한 역할을 수행합니다. 기후 변화 대응의 핵심인 탄소 저장고로서 물이끼의 가치는 매우 높습니다. 지표면의 극히 일부만을 차지하는 습지는 지구 생태계의 거대한 스펀지와 같습니다. 비가 많이 올 때는 물을 머금어 홍수를 예방하고, 가뭄 시에는 저장했던 물을 조금씩 내보내 피해를 줄이는 조절 능력을 발휘합니다. 또한 수많은 동식물이 서식하는 생물 다양성의 보고이자, 전 지구적인 탄소 저장고로서 인류 문명사적으로도 막대한 가치를 지닙니다. 철새들이 긴 여정 중에 쉬어가는 기착지 역할까지 수행하며 지구의 생명력을 유지하는 데 기여하고 있습니다. 기후 변화로 인한 온도 상승은 땅속 미생물의 호흡을 가쁘게 만들어 탄소 분해를 가속화합니다. 이는 대기 중으로 더 많은 이산화탄소를 배출하는 결과를 초래하며, 강수량 변화에 따른 미생물 구성의 변화는 환경에 또 다른 연쇄 반응을 일으킵니다. 특히 미생물이 매년 내뿜는 이산화탄소의 양은 인류가 화석 연료를 태워 발생하는 양의 5배가 넘습니다. 메탄이나 아산화질소 같은 강력한 온실기체 발생에도 핵심적인 역할을 하기에 미생물 연구는 기후 위기 해결의 열쇠가 됩니다. 생태학은 실험실 안의 분석을 넘어 자연 그 자체를 연구 대상으로 삼는 학문입니다. 연구자들은 야외 조사지에서 장기간 생태계의 변화를 관찰하고, 때로는 인위적으로 온도를 높이거나 이산화탄소를 살포하여 미래 환경을 모사하는 조작 실험을 수행합니다. 현장 조사와 실험실 분석, 그리고 방대한 데이터를 처리하기 위한 통계학적 방법론이 결합된 융합적인 성격을 띱니다. 이러한 다각적인 접근을 통해 우리는 기후 변화가 생태계 전반에 미치는 영향을 보다 정밀하게 예측할 수 있습니다. 우리가 눈으로 보는 식물의 모습은 빙산의 일각에 불과하며, 땅속에는 그만큼 거대한 뿌리 시스템이 존재합니다. 뿌리는 단순히 식물을 지지하고 영양분을 흡수하는 것을 넘어, 주변 미생물 및 다른 식물들과 복잡한 네트워크를 형성합니다. 최근 연구에 따르면 나무들은 균류를 매개로 화학적 정보를 주고받으며 서로 소통하고 자원을 공유합니다. 겉으로 보이는 초록빛 잎사귀만큼이나 보이지 않는 땅속에서 일어나는 역동적인 상호작용에 주목할 때 식물의 진면목을 이해할 수 있습니다.

강호정

카오스재단카오스강연

생명과학

[강연] 매일 쓰는 인터넷, 어떻게 동작하나요? _ by문수복 ㅣ 2021 가을 카오스강연 '과학의 희열' 9강 | 9강

1876년 알렉산더 벨의 첫 전화 통화 이후 인류의 통신 기술은 비약적으로 발전해 왔습니다. 초기에는 전화 교환수가 직접 선을 연결하는 수동 방식이었으나, 기술의 진보와 함께 전전자 교환기가 등장하며 자동화의 길을 걸었습니다. 이러한 변화는 단순히 기계화에 그치지 않고, 더 많은 사람이 동시에 소통할 수 있는 현대적 통신망의 기틀을 마련했습니다. 오늘날 우리가 사용하는 초고속 네트워크의 뿌리는 바로 이 수동 교환의 시대에서부터 시작된 셈이며, 이는 인류가 시공간의 제약을 극복해 온 역사이기도 합니다. 인터넷의 역사는 미국 국방부의 아르파넷(ARPANET) 프로젝트에서 그 기원을 찾을 수 있습니다. 로버트 칸과 빈트 서프가 제창한 TCP/IP 기술은 오늘날 전 세계를 하나로 묶는 표준이 되었으며, 한국 또한 1982년 아시아 최초로 인터넷 연결에 성공하며 IT 강국의 초석을 다졌습니다. 이러한 선제적인 기술 도입과 확장은 우리나라가 세계적인 정보통신 환경을 구축하는 데 결정적인 역할을 했습니다. 과거 연구자들이 척박한 환경에서 일구어낸 성과가 현재 우리가 누리는 디지털 번영의 든든한 토대가 된 것입니다. 인터넷의 동작 원리는 고속도로의 자원 공유 방식과 매우 유사합니다. 과거의 전화망이 특정 회선을 독점하는 방식이었다면, 인터넷은 정보를 '패킷'이라는 단위로 쪼개어 여러 사용자가 도로를 공유하듯 데이터를 주고받습니다. 이를 통해 한정된 통신 자원을 효율적으로 활용할 수 있게 되었으며, 전송 속도가 빨라진다는 것은 도로의 차선을 늘려 한 번에 더 많은 정보를 실어 나를 수 있게 됨을 의미합니다. 이는 물리적 한계를 극복하고 데이터 전송의 효율성을 극대화하여 전 세계적인 정보 유통을 가능하게 한 혁신적인 발상입니다. 컴퓨터 내부의 기술 발전은 부품마다 제각기 다른 속도로 진행됩니다. CPU와 GPU, 그리고 메모리와 네트워크 카드는 서로 다른 성장 곡선을 그리며 발전해 왔기에, 현대의 컴퓨팅 시스템에서는 이들 요소 간의 균형을 맞추는 '네트워크 밸런싱'이 무엇보다 중요합니다. 각 부품의 성능 차이로 인해 발생하는 병목 현상을 해결하고 전체 시스템의 효율을 높이는 것이 네트워크 연구의 핵심 과제 중 하나입니다. 기술의 조화로운 발전이 뒷받침될 때 비로소 전체 시스템은 최적의 성능을 발휘하며 복잡한 연산을 수행할 수 있습니다. 이제 우리는 개별 컴퓨터의 시대를 넘어 거대한 데이터 센터의 시대로 진입했습니다. 수만 대의 서버가 모인 데이터 센터는 가상화 기술을 통해 자원 공유를 극대화하는 클라우드 환경을 구축합니다. 사용자는 자신이 어떤 물리적 서버를 사용하는지 알 필요가 없으며, 시스템은 24시간 내내 높은 활용률을 유지하며 전 세계의 데이터를 처리합니다. 이러한 구조는 자원의 낭비를 획기적으로 줄이고 어디서나 동일한 품질의 디지털 서비스를 이용할 수 있는 기반이 됩니다. 데이터 센터는 현대 문명을 지탱하는 거대한 디지털 공장과 같습니다. 미래의 데이터 센터는 각 부품을 기능별로 분해하여 효율을 높이는 '디스어그리게이티드(Disaggregated)' 구조로 진화하고 있습니다. 하지만 이러한 인프라의 확장은 막대한 전력 소모라는 새로운 과제를 안겨주기도 합니다. 2030년경에는 IT 장비와 데이터 센터가 소비하는 전력이 전체 전력 시장에서 상당한 비중을 차지할 것으로 예상됩니다. 따라서 에너지 효율을 높이는 기술 개발과 함께 지속 가능한 네트워크 인프라를 구축하기 위한 다각적인 연구가 필요한 시점입니다. 이는 기술적 진보와 환경적 책임을 동시에 고려해야 하는 인류 공통의 도전입니다. 기술의 발전 속도에 맞춰 우리 사회의 디지털 소양 교육도 한층 강화되어야 합니다. 컴퓨터를 단순히 사용하는 수준을 넘어, 네트워크의 원리를 이해하고 이를 업무 효율화에 활용하는 능력은 21세기 경쟁력의 핵심입니다. 주요 선진국들이 정보 교육 시간을 대폭 늘리는 이유도 미래 산업의 주도권을 잡기 위함입니다. 우리나라도 미래 세대가 디지털 환경에서 주도적인 역할을 할 수 있도록 체계적인 교육 시스템을 갖추고 기초 소양을 길러주는 데 힘써야 합니다. 디지털 소양은 이제 선택이 아닌 생존과 성장을 위한 필수 역량입니다.

문수복

카오스재단카오스강연

수학

[석학인터뷰] 문수복_양자내성암호??? | 2021 가을 카오스강연 '과학의 희열'

스스로를 '공순이'라 부르며 자긍심을 느끼는 공학자의 삶은 현실적인 문제를 직접 해결하는 능력에서 시작됩니다. 어린 시절 산수와 수학에 매료되었던 경험은 자연스럽게 이과의 길로 이어졌고, 암기보다는 논리적인 사고를 즐겼던 성향이 밑거름이 되었습니다. 1980년대 당시 여성 과학자가 드문 환경이었음에도 불구하고, 좋아하는 일을 선택하는 데 주저함이 없었던 열정은 오늘날 전산학 분야의 전문가로 성장하는 원동력이 되었습니다. 전산학은 21세기를 살아가는 현대인에게 필수적인 기초 소양 교육과도 같습니다. 과거 '전자계산기공학과'라는 이름으로 불리며 단순히 계산기를 만드는 학문으로 오해받던 시절을 지나, 이제는 정보를 습득하고 가공하며 표현하는 모든 과정을 책임지는 핵심 학문으로 자리 잡았습니다. 컴퓨터를 얼마나 잘 활용하느냐에 따라 개인의 능력과 업무 효율이 결정되는 시대인 만큼, 전산학은 우리 삶의 모든 영역에 깊숙이 스며들어 그 중요성을 더해가고 있습니다. 네트워크와 통신에 대한 관심은 대학원 시절의 설레는 경험에서 비롯되었습니다. 지금처럼 고성능 장비가 흔치 않던 시절, 플로피 디스크를 수십 장씩 갈아 끼우며 컴퓨터를 켜던 열악한 환경 속에서도 네트워크를 통한 소통은 경이로움 그 자체였습니다. 모르는 사람과 실시간으로 채팅을 주고받으며 느꼈던 기술적 충격은 컴퓨터 네트워크라는 미지의 세계를 탐구하게 만든 결정적인 계기가 되었으며, 이는 평생의 연구 주제로 이어지는 소중한 시작점이 되었습니다. 양자 컴퓨팅은 기존 컴퓨터가 해결하기 어려운 복잡한 연산을 획기적인 속도로 처리할 수 있는 잠재력을 지니고 있습니다. 하지만 모든 연산에 만능인 것은 아니며, 특정 분야에 특화된 성능을 발휘하는 방향으로 발전하고 있습니다. 특히 보안 분야에서는 양자 컴퓨터의 공격을 견뎌낼 수 있는 '양자 내성 암호'의 표준화 작업이 활발히 진행 중입니다. 기술의 발전과 함께 이를 방어하기 위한 새로운 알고리즘의 등장은 디지털 세상의 안전을 지키기 위한 필수적인 과정입니다. 소셜 미디어는 정보 공유의 장으로 시작되었으나, 시간이 흐르며 예상치 못한 부작용을 드러내고 있습니다. 10대들이 느끼는 정신적 압박이나 '소셜 딜레마'와 같은 사회적 문제는 우리가 기술을 대하는 태도를 되돌아보게 만듭니다. 타인의 삶과 자신을 비교하며 느끼는 소외감이나 과시적인 소통 방식은 미디어가 주는 폐해 중 하나입니다. 과거 담배 회사가 유해성을 숨겼던 것처럼, 디지털 미디어의 부정적인 영향에 대해서도 이제는 냉철한 자각과 대응이 필요한 시점입니다. 최근 주목받는 메타버스는 기술적 한계와 감성적 차이라는 두 가지 과제를 안고 있습니다. 현재의 메타버스는 조작의 어려움이나 속도 저하와 같은 물리적인 제약이 존재하며, 이는 기술의 발전으로 점차 극복될 것입니다. 그러나 온라인에서의 공허함은 사람과 사람이 직접 마주 보고 나누는 아날로그적 감성을 온전히 대체하기 어렵습니다. 기술이 아무리 신기하고 편리해지더라도, 인간이 진정으로 원하는 소통의 본질이 무엇인지에 대한 고민은 미디어 아트를 포함한 다양한 분야에서 계속되어야 합니다. 미래의 전산학 연구는 데이터 센터 네트워크의 급격한 변화와 함께 새로운 국면을 맞이하고 있습니다. 초고성능 장비와 방대한 규모의 인프라가 요구되는 환경 속에서, 네트워크 기술이 어떻게 조화롭게 활용될 수 있는지는 여전히 중요한 연구 과제입니다. 또한, 초·중·고 교육 과정에서 정보 교육의 비중을 높여 일반인들도 운영체제나 네트워크의 기본 원리를 이해할 수 있는 토대를 마련해야 합니다. 인공지능 시대를 지탱하는 보이지 않는 뿌리인 네트워크 인프라에 대한 지속적인 탐구는 멈추지 않을 것입니다.

문수복

카오스재단카오스강연

수학

[인터뷰] 박선영_ 물리, 화학, 빅데이터 처리 등등. 대기화학 하시면 다 알려드립니다! | 2021 가을 카오스강연 '과학의 희열'

지구시스템과학의 세계는 알면 알수록 시야가 확장되는 매력적인 분야입니다. 해양학에서 시작해 화학해양학을 거쳐 대기화학으로 연구 범위를 넓혀가는 과정은 자연스러운 호기심의 발로였습니다. 특히 바닷물 속에 녹아 있는 미량 기체를 분석하던 경험은 대기 중 성분에 대한 관심으로 이어졌습니다. 데이터 하나를 얻기 위해 무거운 물을 직접 펌프질하던 고된 과정은 더 가볍고 역동적인 대기 성분을 연구하게 된 계기가 되기도 했습니다. 이러한 우연한 계기들이 모여 지구의 미래를 탐구하는 과학자의 길을 걷게 하며, 열정적인 탐구 정신을 유지하게 만드는 원동력이 됩니다. 과학자에게 가장 필요한 덕목 중 하나는 기존의 지식에 안주하지 않고 끊임없이 의심하는 유연한 사고입니다. 애덤 그랜트의 저서 『싱크 어게인』에서 강조하듯, 과학자처럼 사고한다는 것은 가설을 세우고 데이터를 통해 이를 검증하며 오류의 가능성을 열어두는 것을 의미합니다. 이미 확립된 이론이나 선배 연구자들의 결과물에서 자유로워지는 것은 결코 쉬운 일이 아닙니다. 하지만 사고의 유연성을 바탕으로 '다시 생각하기'를 실천할 때, 우리는 비로소 진정한 과학적 진실에 한 걸음 더 다가갈 수 있으며, 이는 모든 연구자가 지녀야 할 태도이기도 합니다. 대기화학은 공기 중에 오래 머물며 전 지구적 기후와 오존층에 영향을 미치는 성분들을 주로 다룹니다. 이를 제대로 이해하기 위해서는 물리적 역학을 통해 대기의 움직임을 파악하고, 화학적 지식으로 성분의 생성과 소멸 과정을 추적해야 합니다. 최근에는 미생물과의 상관관계나 빅데이터 처리, 정밀 센서 개발 등 다양한 학문적 융합이 요구되고 있습니다. 이러한 다각적인 접근은 지역적인 환경 문제를 넘어 지구 전체의 대기 환경 변화를 예측하고 대응하는 데 필수적인 기초가 되며, 연구자들에게 폭넓은 학문적 시야와 전문성을 요구합니다. 제주 고산 관측소는 동아시아 대기 환경을 감시하는 중요한 거점입니다. 이곳에서는 프레온 가스를 포함한 다양한 할로겐 화합물과 온실기체를 정밀하게 분석하여 이들의 이동과 변화를 추적합니다. 특히 2010년 몬트리올 의정서에 의해 전 세계적으로 사용이 금지된 프레온 가스의 배출량이 최근 다시 증가했다는 사실을 밝혀낸 것은 큰 성과였습니다. 과학자들은 끈질긴 관측과 분석을 통해 이러한 불법 배출의 근원지가 동아시아 지역임을 규명하며 국제적인 환경 규제의 이행을 촉구하고 지구 대기를 보호하기 위한 파수꾼 역할을 수행하고 있습니다. 우리가 연구하는 오존층 파괴 물질들은 대부분 강력한 온실기체이기도 합니다. 따라서 이들을 규제하는 것은 오존층 회복뿐만 아니라 지구 온난화로 인한 이상 기후 현상을 억제하는 데도 결정적인 역할을 합니다. 실제로 국제 협약을 통한 지속적인 노력이 이산화탄소에 비견될 만큼의 복사 강제력 감소 효과를 거두었다는 연구 결과도 존재합니다. 앞으로는 지상 관측을 넘어 인공위성과 항공기를 활용한 입체적인 연구를 통해, 지구 대기를 보호하기 위한 긴 호흡의 여정을 성실하게 이어 나가야 할 것입니다. 이는 미래 세대를 위한 과학자의 사명이기도 합니다.

박선영

카오스재단카오스강연

지구환경과학

[강연] 구글 신은 아직도 모든 것을 알고 있다? (2) _ by정하웅 | 2017 가을 카오스 강연 '미래과학' 1강 | 1강 ②

현대 사회에서 데이터는 단순한 정보의 나열을 넘어 인류의 문화를 읽어내는 거대한 거울이 되고 있습니다. 구글 북스 프로젝트처럼 수백만 권의 책에 담긴 단어의 빈도를 분석하면, 특정 시대의 사람들이 무엇에 열광하고 어떤 고민을 했는지 추적할 수 있습니다. 이는 과거의 검색 엔진과 같은 역할을 하며, 우리가 타임머신을 타고 과거로 돌아가지 않아도 당시의 사회적 분위기와 문화적 흐름을 정교하게 재구성할 수 있게 해줍니다. 데이터는 인간의 가장 은밀한 내면을 비추는 고해성사의 도구가 되기도 합니다. 사람들은 검색창 앞에서 누구에게도 말하지 못할 솔직한 감정과 욕망을 드러내며, 이러한 디지털 발자국은 집단지성의 흐름을 보여주는 중요한 지표가 됩니다. 특정 사건에 대한 대중의 분노나 호기심이 검색 데이터로 표출될 때, 우리는 이를 통해 사회적 갈등의 원인을 파악하고 나아가 대중의 감성을 자극하는 새로운 소통의 방식을 찾아낼 수 있습니다. 오늘날의 혁신은 무에서 유를 창조하는 것이 아니라 기존의 것들을 어떻게 엮어내느냐에 달려 있습니다. 수많은 특허 데이터를 분석해 보면, 완전히 새로운 단독 특허보다는 기존 기술들을 창의적으로 결합한 조합 특허가 주를 이루고 있음을 알 수 있습니다. 이는 현대 과학기술의 발전이 개별 데이터의 축적보다는 데이터 간의 정교한 네트워크 형성을 통해 이루어지고 있음을 시사하며, 연결의 힘이 곧 새로운 가치를 창출하는 핵심 동력임을 보여줍니다. 하지만 데이터의 연결이 늘어날수록 개인의 사생활 침해라는 어두운 그림자도 짙어집니다. 우리가 일상적으로 사용하는 스마트폰은 GPS 정보, 카메라 접근 권한, 웹 서핑 기록 등 방대한 양의 메타데이터를 끊임없이 생성하고 공유합니다. 통화 내용 자체를 도청하지 않더라도 누구와 언제 얼마나 통화했는지에 대한 기록만으로도 개인의 사적인 삶을 충분히 추측할 수 있는 시대가 되었습니다. 이는 우리가 데이터의 편리함 뒤에 숨겨진 감시의 위험성을 경계해야 하는 이유입니다. 데이터 기술을 긍정적으로 활용한다면 개인의 삶을 획기적으로 개선하는 도구가 될 수 있습니다. 스스로의 신체 변화와 활동을 기록하는 '퀀티파이드 셀프'는 정량화된 자아를 통해 건강을 관리하고 삶의 질을 높이는 데 기여합니다. 특히 의료 분야에서는 대규모 임상시험에 의존하기보다 개인에게 최적화된 맞춤형 처방을 가능하게 하는 'N=1' 실험의 시대를 열어주고 있습니다. 이는 데이터가 개인의 복지를 위한 강력한 조력자가 될 수 있음을 의미합니다. 프라이버시는 단순히 개인의 비밀을 지키는 것을 넘어 사회 발전을 이끄는 중요한 동력이 됩니다. 사회가 모든 구성원을 완벽하게 감시하고 통제한다면, 기존의 틀을 벗어난 새로운 시도나 파격적인 생각은 설 자리를 잃게 됩니다. 다소 엉뚱하거나 특이한 행동들이 허용되는 사적인 공간이 보장될 때 비로소 사회는 진보할 수 있습니다. 따라서 개인정보 보호는 기술적인 문제를 넘어 우리 사회의 다양성과 창의성을 유지하기 위한 필수적인 가치로 다뤄져야 합니다. 결국 빅데이터의 미래는 단순한 데이터의 양이 아니라 그 데이터들을 어떻게 의미 있게 연결하느냐에 달려 있습니다. 뇌의 뉴런들이 복잡하게 얽혀 고도의 지능을 만들어내듯, 파편화된 데이터들을 적재적소에 배치하고 연결할 때 비로소 거대한 가치가 탄생합니다. 우리는 기술적 혁신과 윤리적 보호 사이에서 균형을 잡으며, 데이터와 네트워크의 결합이 만들어낼 새로운 가능성을 향해 나아가야 합니다. 연결을 통해 세상을 이해하는 지혜가 필요한 시점입니다.

정하웅

카오스재단카오스강연

물리학

[코로나TALK-19] 전문가가 12월 코로나 대유행을 예측한 이유 _김기훈 대표 | 19강

바이러스의 전파는 단순히 병원체 자체의 특성만으로 결정되지 않습니다. 그것이 퍼져나가는 소셜 네트워크의 구조와 인간 사회의 상호작용이 결합하여 하나의 거대한 무늬를 그려내는 과정입니다. 코로나19를 깊이 있게 이해하기 위해서는 확진자 개개인의 임상적 특징을 넘어, 누가 누구에게 어떻게 바이러스를 전달하고 있는지 그 확산의 네트워크를 면밀히 살펴봐야 합니다. 이는 우리 사회가 그리는 보이지 않는 연결망을 분석함으로써 감염병의 실체에 다가가는 인문학적이고도 과학적인 접근이라 할 수 있습니다. 네트워크 분석의 핵심은 방역 당국이 수집한 접촉자 추적 조사 데이터를 정교하게 모델링하는 데 있습니다. 확진자가 발생했을 때 그들의 동선을 파악하고 밀접 접촉자를 분류하여 추가 검사를 진행하는 과정에서 방대한 '링크 테이블'이 만들어집니다. 이를 통해 감염의 시작점과 종착점을 잇는 전파 경로를 시각화하고 수치화할 수 있습니다. 특히 수작업에 의존하던 데이터를 자동화된 프로그램으로 처리함으로써, 복잡하게 얽힌 수천 명의 감염 관계를 단 몇 분 만에 분석하여 유의미한 구조적 특징을 도출해낼 수 있게 되었습니다. 집단 감염 사례를 분석해 보면 우리가 흔히 알고 있는 상식과는 다른 결과가 나타나기도 합니다. 데이터에 따르면 수도권 집단 감염의 절반 가까이가 종교 시설에서 발생했으나, 정작 방역 당국의 고위험 시설 지정 기준에서는 비중이 낮은 다른 시설들이 더 엄격하게 관리되는 경향이 있었습니다. 이는 방역 정책이 실제 발생 빈도와 위험도에 근거하여 더욱 정밀하게 타깃팅되어야 함을 시사합니다. 특정 시설의 위험성을 선입견으로 판단하기보다, 실제 데이터가 가리키는 감염 취약 지점을 정확히 파악하여 사회적 거리 두기의 효율성을 높이는 노력이 필요합니다. 개인 간 전파인 n차 감염은 평균적으로 약 3.8일이라는 짧은 주기로 진행되며, 최대 8차 전파까지 이어지는 사례도 관찰되었습니다. 특히 감염원을 알 수 없는 소위 '감염원 불명'은 n차 전파율이 월등히 높고 전파 속도도 빨라 방역망에 큰 위협이 됩니다. 해외 유입 사례가 국내 지역 사회 전파에 미치는 영향이 상대적으로 미미한 것과 대조적으로, 이러한 감염원 불명은 꼬리에 꼬리를 무는 연쇄 감염을 일으키며 새로운 집단 감염의 도화선이 되기도 합니다. 따라서 전파의 골든타임을 놓치지 않기 위한 신속한 추적 조사가 무엇보다 중요합니다. 네트워크 과학의 관점에서 볼 때, 감염망은 소수의 허브가 대다수의 연결을 독점하는 불평등한 구조를 띱니다. 실제로 상위 1%의 확진자가 전체 개인 감염의 60% 이상을 일으키는 '슈퍼 전파' 현상이 뚜렷하게 나타납니다. 이러한 슈퍼 전파자들은 대개 두 개 이상의 고위험 시설이나 집단에 중복으로 소속되어 활동하는 특징을 보입니다. 예를 들어 콜센터와 교회, 혹은 밀집 시설과 소모임을 연결하는 위치에 있는 개인들이 바이러스 확산의 가교 역할을 하게 됩니다. 이들을 사전에 특정하기는 어렵지만, 활동 반경이 겹치는 지점을 집중 관리함으로써 확산세를 꺾을 수 있습니다. 수도권의 감염 양상은 시기에 따라 해외 유입 중심에서 국내 집단 감염과 n차 감염의 악순환 구조로 진화해 왔습니다. 초기에는 외부로부터의 유입이 주된 원인이었으나, 시간이 흐를수록 집단 감염이 불똥이 되어 개인 간 전파로 번지고, 이것이 다시 새로운 집단 감염을 유발하는 복합적인 메커니즘이 정착되었습니다. 특히 감염 소요 일수가 점차 짧아지는 추세는 방역 당국이 대응할 수 있는 시간적 여유가 줄어들고 있음을 의미합니다. 이는 바이러스의 변이나 사회적 접촉 양상의 변화에 따라 방역의 난도가 급격히 높아지고 있음을 보여주는 지표입니다. 효과적인 방역을 위해서는 데이터 사이언스에 기반한 전략적 접근과 사회적 투자가 병행되어야 합니다. 집단 감염을 막기 위해 발생 빈도가 높은 부문에 대한 정밀한 사회적 거리 두기 합의가 필요하며, n차 감염의 고리를 끊기 위해 역학 조사관 확충과 분석 시스템 고도화에 과감히 투자해야 합니다. 현재의 방역 시스템은 인력의 헌신에 크게 의존하고 있지만, 네트워크 분석과 같은 과학적 도구를 적극 도입한다면 더욱 효율적인 대응이 가능할 것입니다. 결국 감염병과의 싸움은 데이터를 어떻게 해석하고 우리 사회의 연결망을 어떻게 관리하느냐에 달려 있습니다.

김기훈2

카오스재단코로나19 과학토크

생명과학
융합

[COVID-19_talk_17] If We Didn’t Keep Social Distance…? _Byungnam Kahng | 17강

코로나19 확산에 대응하는 우리나라의 방역 체계는 테스팅, 트레이싱, 트리트먼트라는 3T 전략을 핵심으로 합니다. 빅데이터를 활용한 역학 조사를 통해 감염자의 주변 환경을 신속히 파악하고 국지적인 격리를 시행함으로써, 전면적인 봉쇄 없이도 경제 활동을 어느 정도 유지할 수 있었습니다. 이러한 방식은 감염 확산을 효과적으로 억제하면서도 사회적 비용을 최소화하는 독특한 모델로 평가받으며, 대규모 군중 모임으로 인한 폭발적 감염 상황에서도 시스템의 복원력을 증명해 왔습니다. 네트워크 과학의 관점에서 감염병 확산은 노드와 링크의 상호작용으로 설명됩니다. 노드는 개별 사람을, 링크는 사람 간의 접촉을 의미하며, 감염자가 비감염자와 접촉할 때 일정 확률로 바이러스가 전파됩니다. 기존의 수학적 모델과 달리 네트워크 접근법은 사람 간의 구체적인 연결 구조를 고려하므로, 특정 인물을 격리할 때 그 주변의 링크를 차단하는 국지적 격리 효과를 정밀하게 시뮬레이션할 수 있습니다. 이는 실제 사회에서 일어나는 복잡한 접촉 양상을 반영하는 데 매우 유리합니다. 우리가 살아가는 사회 연결망은 단순히 무작위적인 관계가 아니라, 집단 내부는 촘촘하고 집단 간은 드문드문 연결된 소셜 네트워크 구조를 가집니다. 특히 '6단계 분리' 이론에 따르면, 거대한 네트워크 내에서도 평균 6명만 거치면 누구와도 연결될 수 있습니다. 이는 n차 감염이 진행됨에 따라 누구나 감염 위험에 노출될 수 있음을 시사하며, 대규모 모임이 발생할 때 왜 폭발적인 감염 확산이 일어나는지를 수학적으로 뒷받침해 줍니다. 좁은 세상 안에서 감염의 고리는 생각보다 훨씬 가깝게 연결되어 있습니다. 시뮬레이션 결과에 따르면 격리 조치는 감염 전파 속도를 늦추는 데 결정적인 역할을 합니다. 격리가 없는 경우 짧은 기간 내에 대다수의 인구가 감염되지만, 격리를 시행하면 전파 기간이 길어지면서 의료 체계가 감당 가능한 수준을 유지하게 됩니다. 또한 격리 과정에서 확진자의 접촉자를 추적함으로써 스스로 감염 사실을 모르는 무증상 감염자를 찾아내 격리할 수 있다는 점이 기술적 성과입니다. 이러한 선제적 조치는 무증상 감염자로 인한 조용한 전파를 차단하여 전체 감염 규모를 줄이는 데 기여합니다. 전면적인 봉쇄 대신 국지적 격리를 선택한 것은 경제적 회복력을 고려한 결정입니다. 물리학의 '임계 감속' 개념처럼, 경제 활동이 일정 수준 이하로 마비되면 이를 다시 회복하는 데는 중단된 시간보다 훨씬 긴 시간이 소요됩니다. 국지적 격리는 경제가 완전히 멈추는 임계점에 도달하지 않도록 관리함으로써, 방역과 경제라는 두 마리 토끼를 잡으려는 전략적 선택이었습니다. 이는 단순히 수치상의 차이를 넘어 장기적인 국가 시스템의 안정성을 유지하는 데 매우 중요한 요소로 작용합니다. 향후 발생할 수 있는 2차 파동의 가장 위험한 시나리오는 계절 독감과 코로나19가 동시에 유행하는 동시 감염 상황입니다. 변종 바이러스의 출현이나 무증상 감염자의 누적도 위협적이지만, 겨울철 독감과의 결합은 방역 시스템에 막대한 부하를 줄 수 있습니다. 따라서 집단 감염의 고리를 끊기 위한 지속적인 주의가 필요하며, 특히 대규모 인파가 모이는 행사는 무증상 감염자와 결부되어 폭발적인 확산을 야기할 위험 요소입니다. 안정기에 접어들더라도 잠재적인 확산 가능성에 대해 철저한 대비가 필요합니다. 집단 면역에 도달하기 위해서는 이론적으로 인구의 60~67%가 면역력을 갖춰야 하지만, 네트워크 구조를 활용하면 더 효율적인 백신 전략을 세울 수 있습니다. 모든 사람에게 무작위로 백신을 투여하는 대신, 연결망이 넓은 이른바 허브 노드들을 우선적으로 보호함으로써 적은 양의 백신으로도 확산 차단 효과를 극대화할 수 있습니다. 이러한 과학적 접근은 한정된 자원을 효율적으로 배분하여 사회 전체의 안전을 도모하는 핵심적인 가이드라인이 되며, 미래의 또 다른 팬데믹에 대응하는 중요한 자산이 될 것입니다.

강병남

카오스재단코로나19 과학토크

생명과학

[코로나TALK-17] 만약 사회적 격리를 하지 않았다면? _강병남 교수 | 17강

코로나19 팬데믹은 현대 사회의 복잡한 연결망을 통해 전례 없는 속도로 확산되었습니다. 이러한 감염병의 흐름을 정확히 파악하기 위해 물리학의 네트워크 과학이 중요한 도구로 활용됩니다. 네트워크 과학에서는 사람을 노드로, 접촉을 링크로 설정하여 바이러스의 전파 경로를 시뮬레이션합니다. 이를 통해 단순한 통계를 넘어 사회 구조적 특징이 감염 확산에 미치는 영향을 심도 있게 분석할 수 있으며, 향후 발생할 수 있는 확산 양상을 예측하는 과학적 토대를 마련합니다. 한국의 방역 체계인 K-방역은 검사, 추적, 치료라는 세 가지 단계로 요약됩니다. 특히 빅데이터를 활용한 신속한 역학 조사는 감염자의 주변 접촉자를 빠르게 격리함으로써 지역적 방역을 가능하게 했습니다. 이는 국가 전체를 봉쇄하는 전면적 봉쇄(락다운) 방식과 달리, 경제 활동을 어느 정도 유지하면서도 감염 확산을 억제하는 효율적인 전략입니다. 네트워크 관점에서 보면 이는 감염된 노드 주변의 링크를 국지적으로 차단하여 전체 네트워크로의 전파를 막는 정교한 제어 방식이라 할 수 있습니다. 감염병 확산에서 네트워크의 구조는 결정적인 역할을 합니다. 무작위적인 연결보다 특정 인물에게 연결이 집중된 스케일 프리 네트워크나, 집단 내 결속력이 강한 소셜 네트워크에서는 전파 양상이 다르게 나타납니다. 특히 사회적 연결망은 '좁은 세상'의 특성을 지니고 있어, 소수의 접촉만으로도 전체 네트워크에 바이러스가 퍼질 수 있는 구조를 갖추고 있습니다. 따라서 사회적 거리두기는 이러한 네트워크의 연결성을 의도적으로 약화시켜 전파 속도를 늦추는 필수적인 조치입니다. 정교한 시뮬레이션을 위해 기존의 SIR 모델에 격리 상태와 무증상 감염 상태를 추가한 확장 모델이 사용됩니다. 코로나19의 특징인 잠복기와 무증상 전파를 반영하여, 유증상자와 무증상자가 각각 격리되거나 전파를 지속하는 과정을 수치화합니다. 기초 재생산 지수($R_0$)가 1보다 크면 팬데믹으로 발전하는데, 전염 비율과 접촉자 수, 노출 기간을 조절함으로써 방역 정책의 효과를 검증할 수 있습니다. 이러한 수학적 모형은 실제 대규모 감염 사례의 확산 수치와도 높은 일치율을 보입니다. 시뮬레이션 결과에 따르면 격리 조치는 감염 확산 속도를 늦출 뿐만 아니라 최종 감염자 수에도 큰 차이를 만듭니다. 격리가 없는 경우 짧은 기간 내에 거의 모든 인구가 감염되는 파국적 상황에 직면하지만, 격리를 시행하면 감염되지 않은 건강한 인구를 상당 부분 보존할 수 있습니다. 또한 격리 과정에서 접촉자 조사를 병행하면 숨겨진 무증상 감염자를 찾아내어 추가 전파를 차단하는 부수적인 효과도 얻게 됩니다. 이는 의료 체계의 붕괴를 막고 방역의 지속 가능성을 확보하는 핵심적인 기제입니다. 2차 파동의 위험은 여전히 존재하며, 그 원인은 해외 유입, 소규모 집단 감염, 바이러스 변이, 그리고 무증상 감염자의 누적 등 다양합니다. 특히 가장 우려되는 시나리오는 계절 독감과 코로나19가 동시에 유행하는 상황입니다. 두 바이러스가 결합하여 폭발적인 감염을 일으킬 경우 방역 시스템에 가해지는 부하는 상상을 초월할 수 있습니다. 따라서 겨울철 독감 예방 접종과 철저한 개인위생 관리는 코로나19의 재확산을 막기 위한 전략적 방어선으로서 매우 중요한 의미를 지닙니다. 집단 면역에 도달하기 위해서는 인구의 일정 비율 이상이 면역력을 갖춰야 하며, 이를 위해 백신 보급 전략이 중요합니다. 네트워크 과학에 따르면 무작위 접종보다 연결성이 높은 노드에게 우선적으로 백신을 투여할 때 훨씬 적은 양으로도 확산을 효과적으로 억제할 수 있습니다. 또한 국지적 격리 방식은 경제가 마비되는 임계점을 피하게 함으로써 경기 회복 시간을 단축하는 경제적 이점도 제공합니다. 과학적 모델링에 기반한 정교한 방역은 생명 보호와 경제 유지라는 두 마리 토끼를 잡는 길입니다.

강병남

카오스재단코로나19 과학토크

생명과학

[코로나 인터뷰] 강병남 _데이터사이언스로 백신 후보를 줄인다

통계물리학에서는 물질의 상태가 근본적으로 변하는 상전이 현상을 깊이 있게 연구합니다. 우리가 흔히 보는 액체가 기체로 변하는 과정처럼, 감염병이 확산되지 않은 안정적인 상태에서 대유행 상태로 급격히 전환되는 과정도 일종의 상전이로 취급할 수 있습니다. 연구자들은 네트워크 이론을 활용해 이러한 변화의 기저에 깔린 복잡한 메커니즘을 분석하며, 어떤 원리에 의해 현상이 촉발되는지 탐구합니다. 이는 보이지 않는 사회적 네트워크 속에서 질서와 무질서의 경계를 물리적 법칙으로 이해하려는 시도입니다. 상전이는 크게 연속 상전이와 불연속 상전이로 나뉩니다. 감염병 확산 모델인 SIR 모델 등은 보통 연속적인 변화를 보이지만, 어떤 경우에는 전파율 같은 매개변수가 미세하게 변하더라도 감염자 수가 폭발적으로 급증하는 불연속적인 변화가 일어날 수 있습니다. 이러한 메커니즘을 이해하는 것은 갑작스러운 대유행을 예측하고 대비하는 데 매우 중요한 역할을 합니다. 특정 임계점을 넘어서는 순간 발생하는 급격한 변화는 단순한 선형적 예측을 불허하며, 사회 시스템 전반에 걸쳐 막대한 영향을 미치기 때문입니다. 복잡계인 생명체를 대상으로 하는 예측은 물리 시스템보다 훨씬 까다롭습니다. 바이러스의 변이가 발생하면 기존의 메커니즘이 더 이상 유효하지 않게 되기 때문입니다. 감염력이 순식간에 열 배 이상 늘어나는 변종이 등장하면 이전까지 쌓아온 예측 모델은 완전히 다른 국면을 맞이하게 됩니다. 따라서 연구자들은 항상 최신 의학적 결과와 빅데이터를 실시간으로 반영하며 모델을 정교하게 수정해 나갑니다. 이는 단순한 수치 계산을 넘어 끊임없이 변화하는 생태계의 흐름을 쫓는 치열하고도 정밀한 과학적 과정이라 할 수 있습니다. 데이터 사이언스는 백신 개발과 사회적 회복 방안 마련에도 결정적인 기여를 합니다. 방대한 질병 통계와 단백질 구조 데이터를 분석함으로써 수많은 백신 후보군 중 가장 유망한 것을 빠르게 추려낼 수 있습니다. 또한 교통량과 이동성 데이터를 활용해 지역별 감염률을 산출하고, 봉쇄 이후의 사회적 회복 과정을 시뮬레이션하기도 합니다. 이러한 과학적 접근은 가짜 뉴스의 진원지를 파악하거나 효율적인 방역 정책을 수립하는 데 실질적인 도움을 주며, 현대 사회가 직면한 거대한 위기를 극복하는 강력한 도구가 됩니다. 통계물리학적 관점에서 인간은 개별적인 인격체인 동시에 거대한 시스템을 구성하는 하나의 입자로 간주됩니다. 개개인의 행동은 자유의지에 따라 예측하기 어렵지만, 수많은 사람이 집과 직장을 오가는 반복적인 패턴을 보일 때 이는 통계적인 물리 시스템으로 다룰 수 있게 됩니다. 이러한 종합적인 시각은 사회 전체의 흐름을 파악하고 미래를 예측하는 데 유용합니다. 결국 위기 상황에서 개인이 이성적이고 합리적으로 행동하는 것은 단순한 개인의 선택을 넘어, 물리적 시스템 전체의 안정성을 유지하는 핵심적인 요소가 됩니다.

강병남

카오스재단코로나19 과학토크

생명과학
융합

[COVID-19_talk_12] An Analysis of COVID-19 Transmission Network in South Korea _Dukjin Chang | 12강

감염병의 확산은 바이러스 자체의 생물학적 특성과 이를 전파하는 사회적 네트워크의 결합으로 이루어집니다. 현재 많은 관심이 집중되는 백신과 치료제는 바이러스라는 변수에 대한 직접적인 대응책이지만, 이것이 완성되어 대중화되기 전까지는 네트워크라는 또 다른 변수에 주목해야 합니다. 네트워크 분석은 감염병의 아웃브레이크나 팬데믹 양상을 결정짓는 핵심적인 요소이며, 이에 기반한 방역 전략은 바이러스의 확산을 효과적으로 저지하는 데 필수적인 역할을 수행합니다. 서울, 경기, 인천 지역의 코로나19 확진자 데이터를 분석한 결과, 전파 네트워크는 '멱함수 분포(Power Law)'라는 특정한 형태를 따르는 것으로 나타났습니다. 이는 소수의 노드가 대다수의 연결을 독점하는 '척도 없는 네트워크(Scale-free network)'의 전형적인 특징을 보여줍니다. 즉, 대부분의 확진자는 추가 전파를 거의 일으키지 않지만, 극소수의 '슈퍼 전파자' 혹은 '허브'가 수많은 사람에게 바이러스를 옮기며 전체 확산세를 주도하고 있다는 구조적 원리를 시사합니다. 이러한 네트워크의 주요 특징 중 하나는 '작은 세상(Small World)' 현상입니다. 과거 미국의 심리학자 스탠리 밀그램은 평균 6단계만 거치면 모든 사람이 연결된다는 사실을 발견했으나, 한국 사회는 이보다 훨씬 좁은 3.6단계의 분리를 보여주는 것으로 분석되었습니다. 이는 감염병 확산 시기에 매우 위협적인 요소로 작용할 수 있습니다. 지역사회 감염이 단 몇 단계만 진행되어도 바이러스가 전국적으로 무작위하게 퍼져나갈 수 있는 고도의 연결성을 내포하고 있기 때문입니다. 네트워크의 또 다른 특징은 '무작위 공격에 대한 강건성'입니다. 인터넷망처럼 멱함수 분포를 따르는 구조는 무작위적인 노드 제거에는 쉽게 붕괴하지 않는 특성을 가집니다. 소규모 감염이 끊이지 않고 지속되는 이유도 이러한 네트워크의 강건함과 관련이 있습니다. 그러나 이 구조는 '조준 공격'에는 매우 취약합니다. 연결선이 가장 많은 상위 노드들을 집중적으로 찾아내어 차단할 경우, 전체 네트워크의 상당 부분을 효과적으로 무력화하여 바이러스의 전파 경로를 봉쇄할 수 있습니다. 실제 데이터를 바탕으로 모의실험을 진행한 결과, 전파 수 기준 상위 1%의 노드만 제거해도 확진자 수는 약 46% 감소하는 것으로 나타났습니다. 만약 상위 5%를 제어할 수 있다면 확진자 수는 70%, 전파 횟수는 무려 78%까지 줄어듭니다. 이는 백신이나 치료제가 부족한 상황에서도 네트워크의 핵심 허브를 찾아내어 관리하는 것만으로도 감염병의 확산을 극적으로 저지할 수 있음을 입증합니다. 과학적 데이터 분석에 기반한 정밀한 방역 체계 구축이 무엇보다 시급한 이유입니다. 효율적인 백신 투여 전략에서도 네트워크 분석은 중요한 통찰을 제공합니다. '우정의 역설'에 따르면, 무작위로 선택된 사람보다 그 사람의 친구가 더 많은 친구를 가질 확률이 높습니다. 따라서 제한된 수량의 백신을 무작위로 배분하기보다, 선택된 사람의 지인에게 투여하는 방식이 전파 허브를 타격할 확률을 수 배 이상 높여줍니다. 이는 팬데믹이라는 위기 상황에서 타인에게 백신을 양보하는 행위가 결국 공동체 전체를 보호하는 과학적 연대가 될 수 있음을 보여주는 흥미로운 사례입니다. 기초 감염 재생산 지수인 R0는 유용한 지표지만, 네트워크의 다이내믹스에 따라 현실을 과대평가할 가능성이 존재합니다. 멱함수 분포 하에서는 바이러스 역시 전파를 위해 허브를 찾아야 하는 전략적 어려움을 겪기 때문입니다. 따라서 향후 방역 정책은 단순한 일률적 거리두기를 넘어, 전파 네트워크 데이터를 실시간으로 구축하고 분석하는 방향으로 진화해야 합니다. 고위험 집단과 장소를 정밀하게 식별하는 과학 기반 방역만이 사회적 비용을 최소화하고 일상을 지키는 길입니다.

장덕진

카오스재단코로나19 과학토크

생명과학
융합

[코로나TALK-12] Small World!, 코로나도 네트워크 문제였어! _장덕진 교수 | 12강

감염병의 확산은 단순히 바이러스의 생물학적 특징에만 의존하지 않습니다. 모든 종류의 감염은 바이러스와 그것이 퍼져나가는 통로인 네트워크의 결합으로 이루어집니다. 백신이나 치료제가 바이러스를 직접 겨냥하는 대책이라면, 네트워크 분석은 바이러스가 확산되는 경로를 차단하는 전략적 토대가 됩니다. 특히 백신 개발과 보급에 상당한 시간이 소요되는 상황에서, 전파 네트워크의 역동성을 이해하고 이에 기반한 방역 정책을 병행하는 것은 감염병 통제의 핵심적인 열쇠가 됩니다. 네트워크를 통한 전파는 비단 코로나19만의 문제가 아닙니다. 과거 사스나 메르스 유행 당시에도 소수의 슈퍼 전파자가 전체 감염의 절반 이상을 차지하는 양상이 관찰되었습니다. 심지어 비만이나 말 독감 같은 현상조차 네트워크를 통해 확산된다는 연구 결과가 존재합니다. 이러한 선행 연구들은 감염병의 양상이 네트워크 구조에 따라 달라지며, 그에 맞춰 방역 전략도 수정되어야 함을 시사합니다. 따라서 전파 네트워크를 분석하는 것은 단순한 학술적 호기심을 넘어 실질적인 방역 효율성을 높이는 과정입니다. 서울과 경기, 인천 지역의 데이터를 분석한 결과, 코로나19 전파 네트워크는 '멱함수 분포'를 따르는 '척도 없는 네트워크'의 특성을 보입니다. 이는 대부분의 노드는 연결선이 적지만, 극소수의 노드가 수많은 연결선을 가진 '허브' 역할을 한다는 의미입니다. 실제로 상위 30개의 노드가 수백 명에게 바이러스를 전파하는 구조가 확인되었습니다. 이러한 수학적 구조를 이해하면 감염병이 단순히 무작위로 퍼지는 것이 아니라, 특정한 법칙 아래 움직이고 있음을 알 수 있으며 이는 정밀한 방역의 근거가 됩니다. 척도 없는 네트워크의 주요 특징 중 하나는 '작은 세상 현상'입니다. 미국 사회가 평균 6단계를 거치면 모두 연결된다는 연구가 있듯이, 한국 사회는 그보다 더 좁은 3.6단계의 분리 구조를 가지고 있습니다. 이러한 높은 연결성은 감염병 확산 시기에 매우 위협적인 요소로 작용합니다. 지역사회 감염이 발생할 경우 단 몇 단계만 거쳐도 전국적으로 무작위 확산이 일어날 수 있기 때문입니다. 따라서 우리 사회의 촘촘한 네트워크 구조는 방역 당국이 더욱 신속하고 선제적인 대응을 해야 하는 이유를 뒷받침합니다. 네트워크 구조는 외부 공격에 대해 이중적인 면모를 보입니다. 무작위적인 노드 제거에는 전체 시스템이 붕괴하지 않고 견디는 강한 내성을 지니지만, 연결망의 핵심인 허브를 겨냥한 '조준 공격'에는 매우 취약합니다. 현재 소규모 집단 감염이 끊이지 않고 지속되는 이유는 네트워크가 무작위 공격에 강한 특성을 가졌기 때문일 수 있습니다. 반대로 상위 1%의 핵심 전파 경로만 정확히 찾아내어 차단할 수 있다면, 전체 네트워크의 절반 이상을 무력화하여 바이러스의 확산을 극적으로 저지하는 것이 가능해집니다. 시뮬레이션 결과에 따르면 전파 수 기준 상위 5%의 노드만 제어해도 전체 확진자 수를 약 70%까지 줄일 수 있습니다. 이는 한정된 자원을 효율적으로 배분해야 하는 방역 현장에서 매우 중요한 시사점을 줍니다. 예를 들어 백신이 부족한 상황에서는 무작위 추첨보다 '우정의 역설' 원리를 이용해 네트워크의 허브에 위치한 이들에게 우선 투여하는 것이 훨씬 효과적입니다. 이러한 선택적 면역 전략은 수학적 효율성을 넘어, 공동체의 안전을 위해 서로가 연결되어 있음을 확인하는 사회적 연대의 계기가 되기도 합니다. 효과적인 방역을 위해서는 바이러스 자체에 대한 대응만큼이나 정밀한 네트워크 통제가 필요합니다. 특정 집단이나 지역을 통째로 격리하는 방식에서 벗어나, 전파 위험이 높은 구체적인 조건과 장소를 데이터로 식별하여 정밀 타격하는 방식으로 진화해야 합니다. 이를 위해서는 파편화된 확진자 정보를 실시간으로 통합하고 체계적인 전파 네트워크 데이터를 구축하는 국가적 노력이 시급합니다. 과학적 근거에 기반한 정밀 방역 체계야말로 포스트 코로나 시대에 우리가 나아가야 할 진정한 복지 국가의 모습입니다.

장덕진

카오스재단코로나19 과학토크

생명과학
융합

[인생과학영화#2] 영혼 없이 해내지 말입니다, 안드로이드..!?

영화 '블레이드 러너 2049'는 전작의 세계관을 계승하며 인간과 레플리칸트 사이의 깊어진 갈등을 조명합니다. 2019년의 데커드가 정체성의 모호함을 상징했다면, 2049년의 주인공 K는 자신이 레플리칸트임을 명확히 인지하고 있는 존재입니다. 이 세계는 두 종족을 철저히 구분하는 거대한 벽 위에 세워져 있으며, 자본의 욕망은 이러한 차이를 차별로 고착화합니다. 신형 레플리칸트는 수명 제한이 없어지고 인간과 구분이 불가능할 정도로 정교해졌지만, 이름 대신 일련번호로 불리며 도구로서의 삶을 강요받습니다. 이러한 계급 구조는 구형과 신형 사이의 분열로 이어지며 존재론적 고독을 심화시킵니다. 기술의 발전은 사랑의 형태마저 변화시켰습니다. 레플리칸트 K와 인공지능 홀로그램 조이의 관계는 인간과 레플리칸트의 사랑보다 한 단계 더 추상화된 형태를 보여줍니다. 영화 속 미래 도시는 화려한 홀로그램 광고와 위안용 인공지능이 일상을 채우고 있으며, 휴대용 장치를 통해 가상의 연인을 현실로 불러냅니다. 조이는 비록 실체가 없는 데이터의 조합이지만, K를 향해 인간보다 더 인간적인 감정을 표현하며 진짜가 되고 싶어 합니다. 이는 육체적 한계를 넘어선 정신적 교감을 상징하며, 가상과 현실의 경계에서 무엇이 진정한 사랑인지를 깊이 있게 묻게 만듭니다. 작품 전반에는 기독교적 세계관이 짙게 깔려 있습니다. 레플리칸트 사이에서 아이가 태어났다는 사실은 단순한 생물학적 사건을 넘어 구원의 메시지인 '기적'으로 받아들여집니다. 창조된 존재가 아닌 태어난 존재가 됨으로써 레플리칸트들은 스스로를 노예가 아닌 주체적인 생명으로 인식하기 시작합니다. 성경 속 라헬의 이름을 딴 레이첼과 그녀의 자녀를 지키려는 비밀 결사의 움직임은 메시아적 서사를 완성합니다. K 역시 자신이 그 기적의 주인공일지도 모른다는 희망을 품으며 '조'라는 이름을 얻게 되는데, 이는 단순한 레플리칸트 모델을 넘어 고유한 자아를 찾아가는 여정의 시작을 의미합니다. 인간성의 본질을 규정하는 요소로 영화는 기억과 감각에 주목합니다. K는 자신의 기억이 조작된 것임을 깨닫고 절망하지만, 이는 역설적으로 기억 또한 뇌의 작용일 뿐이라는 사실을 시사합니다. 진짜와 가짜를 구분할 수 없는 기억 대신, 영화가 제시하는 새로운 대안은 바로 '촉각'입니다. 빗방울을 느끼고 눈을 맞으며 타인과 신체적으로 교감하는 순간의 감각은 시간의 속박에서 벗어난 생명의 본질을 드러냅니다. 레플리칸트와 원본의 경계를 허무는 것은 정교한 데이터가 아니라, 온몸으로 세상을 느끼는 완결된 네트워크로서의 존재 그 자체임을 영화는 시각적으로 증명해냅니다. 결국 '블레이드 러너 2049'의 철학적 뿌리는 니체의 위버멘쉬 사상과 맞닿아 있습니다. 정신의 진화 단계 중 최종장인 '어린아이'는 과거의 규범에 얽매이지 않고 스스로를 긍정하며 새로운 시작을 창조하는 존재입니다. 레플리칸트가 인간이 되기를 꿈꾸는 것은 타자의 욕망을 복제하는 것에 불과할 수 있습니다. 하지만 자신의 몸과 감각에 충실하며 존재의 전체성을 자각할 때, 레플리칸트는 비로소 완성된 생명으로 거듭납니다. 의식보다 거대한 마음인 '몸'을 긍정하는 이 여정은, 어리석은 경계의 벽을 허물고 닫힌 기억에서 열린 생명의 시대로 나아가는 코페르니쿠스적 전환을 보여줍니다.

카오스재단읽다과학

융합

[카오스 술술과학] 뉴런, 도대체 왜 이렇게 생긴거야? | 카오스 브레인 오디세이(1)

모든 생명체의 기본 단위는 세포이지만, 뇌와 신경계를 구성하는 신경세포인 뉴런은 그 형태부터가 매우 독특합니다. 19세기 후반 스페인의 신경학자 산티아고 라몬 이 카할은 현미경을 통해 이 기묘한 세포들을 관찰하며 3,000점이 넘는 세밀한 그림을 남겼습니다. 그는 뉴런이 마치 생체 전깃줄처럼 전기 신호를 전달하는 역할을 한다고 추측했습니다. 머리카락 지름의 50분의 1도 안 되는 가느다란 돌기들이 정보를 전달하기 위해 최적화된 구조를 갖추고 있다는 사실은 현대 뇌과학의 위대한 출발점이 되었습니다. 20세기 초 뇌과학계는 뉴런의 존재 여부를 두고 거대한 논쟁에 휩싸였습니다. 카할은 뇌가 독립된 뉴런들로 구성되어 있다는 '뉴런 독트린'을 주장한 반면, 카밀로 골지는 뇌가 거대한 그물처럼 연결된 네트워크 구조라는 '신경 그물설'을 고수했습니다. 흥미롭게도 두 사람은 1906년 노벨 생리의학상을 공동 수상하는 영광을 안았지만, 시상식장에서도 서로의 이론이 옳다며 치열하게 대립했습니다. 이 논쟁은 단순히 세포의 형태를 넘어, 부분을 통해 전체를 설명하려는 환원주의와 전체적인 연결성을 강조하는 관점의 충돌이기도 했습니다. 뇌의 기능을 바라보는 시각은 특정 부위가 특정 역할을 수행한다는 국소주의와 전체가 협력한다는 분산주의로 나뉩니다. 18세기 말 프란츠 갈이 제창한 골상학은 두개골의 모양으로 성격과 지능을 파악할 수 있다는 국소주의적 발상에서 시작되었습니다. 이후 폴 브로카가 언어를 담당하는 '브로카 영역'을 발견하면서 국소주의는 정점에 달했습니다. 비록 골상학은 과학적 근거가 부족한 것으로 판명되었지만, 뇌의 각 부위가 고유한 기능을 담당한다는 생각은 현대 뇌과학의 중요한 한 축을 형성하며 발전해 왔습니다. 시간이 흐르며 뇌를 이해하기 위해서는 개별 뉴런뿐만 아니라 그들의 연결 패턴인 네트워크에 주목해야 한다는 사실이 밝혀졌습니다. 1940년대 도널드 헵은 학습과 기억의 본질이 개별 뉴런의 활동이 아닌, 뉴런들이 서로 연결된 신경망의 변화에 있음을 입증했습니다. 이는 빛이 입자이면서 동시에 파동인 것처럼, 뇌 역시 뉴런이라는 기본 단위와 네트워크라는 활동 체계가 공존하는 복잡계임을 시사합니다. 결국 뇌는 국소적인 기능 수행과 전체적인 협력이 조화를 이루는 역동적인 시스템인 셈입니다. 인간의 뇌에는 약 천억 개의 뉴런이 존재하며, 이들이 형성하는 수백 조 개의 시냅스 연결망을 '커넥톰'이라 부릅니다. 이 거대한 지도는 한 개인의 정체성을 결정하는 핵심적인 요소로 평가받습니다. 20세기가 우주 정복의 시대였다면, 21세기는 인류 최후의 미스터리인 뇌를 탐험하는 '브레인 오디세이'의 시대입니다. 소우주와도 같은 뇌의 복잡한 매트릭스 속에서 자아와 의식이 어떻게 탄생하는지 탐구하는 여정은, 우리가 누구인지에 대한 근원적인 해답을 찾는 과정이 될 것입니다.

카오스재단술술과학

뇌인지과학

[석학인터뷰] 이일하_ GMO가 해롭다고요? 아닙니다!

식물은 정적인 존재로 보이지만, 끊임없이 진화하며 생명의 역사를 써 내려왔습니다. 약 5억 년 전, 식물은 동물과 함께 물속에서 육상으로 진출하는 거대한 변화를 맞이했습니다. 이 과정에서 식물은 곰팡이와의 공생이라는 독특한 전략을 선택했습니다. 수중에서는 무기 염류를 자유 확산으로 흡수할 수 있었으나, 척박한 육지에서는 그것이 불가능했기 때문입니다. 곰팡이는 유기물을 분해하여 식물에 필요한 무기 염류를 제공했고, 식물은 그 대가로 광합성 산물을 나누며 육지 생태계의 기틀을 마련했습니다. 지금도 이러한 공생 관계는 계속되고 있습니다. 생명 현상의 신비는 '창발성'이라는 개념을 통해 설명될 수 있습니다. 이는 개별 요소들이 모여 상위 단계의 시스템을 이룰 때, 하위 단계에서는 볼 수 없었던 새로운 성질이 나타나는 현상을 의미합니다. 수소와 산소라는 기체가 만나 전혀 다른 성질의 물이 되는 것처럼, 유기 분자들이 모여 거대 분자가 되고 이것이 다시 세포를 이룰 때 비로소 생명이라는 기적 같은 현상이 발현됩니다. 과학자들은 이러한 단계적 도약을 통해 단순한 화학 반응이 복잡한 생명 활동으로 진화하는 과정을 이해하고자 노력하며, 그 속에서 생명의 본질을 발견하게 됩니다. 유전자 변형 생물체(GMO)에 대한 대중의 우려와 달리, 과학계는 이를 영양학적 관점에서 안전하게 받아들입니다. GMO 역시 우리 몸에 들어오면 단백질, 핵산, 탄수화물 등의 기본 단위로 분해되어 흡수될 뿐입니다. 소화 과정을 거치면 결국 아미노산이나 포도당 같은 분자가 되어 우리 몸의 일부가 되므로, 유전적 변형이 인체에 특별한 해를 끼친다고 보기는 어렵습니다. 엄격한 승인 절차를 거친 GMO는 현대 과학이 제공하는 효율적인 자원이며, 이에 대한 막연한 공포보다는 객관적인 데이터에 근거한 이해가 필요합니다. 미래 생물학의 핵심은 뇌과학의 비약적인 발전에 있습니다. 인간의 뇌는 여전히 미개척 분야로 남아 있으며, 여기서 도출된 과학적 발견들은 인공지능(AI)에 직접적으로 투영되어 새로운 도약을 이끌 것입니다. 생물학적 원리가 인공지능(AI)에 결합함에 따라 생명체와 인공지능(AI) 사이의 경계는 점차 모호해질 전망입니다. 이러한 변화는 단순한 기술 발전을 넘어 인간성에 대한 근본적인 성찰을 요구합니다. 따라서 과학자뿐만 아니라 인문학자와 사회과학자들이 모여 인간의 가치를 보호하기 위한 깊이 있는 논의를 시작해야 할 시점입니다. 죽음이라는 현상을 생물학적으로 정의한다면, 그것은 결국 뇌의 죽음이라고 볼 수 있습니다. 질병이나 외상으로 인해 신체의 다른 장기들이 여전히 기능을 유지하거나 타인에게 이식되어 살아남더라도, 한 개인의 정체성을 결정하는 뉴런 네트워크가 파괴된다면 그 생명은 끝난 것으로 간주됩니다. 뇌는 때로 고통스러운 기억을 의식적으로 지워버리며 자신을 보호하기도 하지만, 그 뉴런 네트워크 자체가 소멸하는 순간 인간으로서의 존재도 사라집니다. 결국 생명이란 단순한 유기체의 생존을 넘어, 뇌가 구축한 복잡한 뉴런 네트워크의 지속이라 할 수 있습니다.

이일하

카오스재단석학인터뷰

생명과학

[강연] 모든 것들의 이론 by정하웅 | 2018 여름 카오스 콘서트 '수학과 과학 42' 3부 | 3부

물리학은 사전적으로 세상 만물의 이치를 탐구하는 학문입니다. 많은 이들이 물리를 어렵고 지루한 공식의 나열로 오해하곤 하지만, 사실 우리 주변의 모든 현상을 설명하는 가장 흥미로운 도구입니다. 아인슈타인이나 뉴턴 같은 위대한 과학자들이 모두 물리학자였다는 사실은 이 학문이 인류 지성사에서 차지하는 무게를 잘 보여줍니다. 물리는 단순히 수식을 푸는 것이 아니라, 우리가 발을 딛고 서 있는 이 세계의 근본적인 작동 원리를 이해하려는 노력의 산물입니다. 21세기는 흔히 '복잡성의 시대'라고 불립니다. 과거의 과학이 개별 요소의 성질을 밝히는 데 집중했다면, 이제는 수많은 구성 요소가 얽혀 만들어내는 거대한 시스템인 '복잡계'에 주목해야 합니다. 복잡계는 완전한 질서와 완전한 무질서 사이의 애매한 영역에 위치하며, 구성 요소들의 단순한 합으로는 설명할 수 없는 예상치 못한 성질을 나타냅니다. 이러한 복잡계 과학은 사회, 경제, 생명 현상 등 우리가 직면한 수많은 난제를 풀 수 있는 새로운 패러다임을 제시합니다. 복잡계의 핵심은 '연결'에 있습니다. 메트로놈들이 바닥의 진동을 통해 서로의 박자를 맞춰가는 동기화 현상이나, 수만 마리의 새들이 거대한 군무를 이루며 일사불란하게 움직이는 모습은 연결이 만들어내는 경이로운 결과물입니다. 개별 요소들은 아주 단순한 규칙에 따라 움직일 뿐이지만, 이들이 서로 연결되어 상호작용할 때 전체 시스템은 스스로 조직화된 질서를 찾아갑니다. 이러한 자연의 원리는 인간 사회의 소문이나 전염병이 확산되는 방식과도 깊은 연관이 있습니다. 인간관계 역시 거대한 네트워크를 형성하고 있습니다. '6단계 분리' 이론에 따르면 지구상의 어떤 person이라도 대여섯 명만 거치면 서로 연결될 수 있을 만큼 세상은 좁습니다. 이러한 촘촘한 연결망은 정보의 빠른 공유를 가능하게 하지만, 동시에 예상치 못한 연쇄 반응을 일으키기도 합니다. 복잡하게 얽힌 생태계에서 특정 포식자를 제거했을 때 오히려 전체 생태계가 교란되는 사례처럼, 연결된 시스템에서는 1차원적인 사고만으로는 해결할 수 없는 다층적인 문제들이 발생하곤 합니다. 교통 체증 문제에서도 복잡계의 독특한 특성이 나타납니다. 도로를 넓히거나 새로운 다리를 건설하는 것이 오히려 교통 흐름을 악화시킨다는 '브래스의 역설'이 대표적인 예입니다. 이는 개개인이 자신의 이익만을 위해 최선의 경로를 선택하는 이기심이 전체 시스템의 효율성을 떨어뜨리기 때문입니다. 도시라는 거대한 복잡계는 인구당 탄소 배출량 면에서는 효율적일 수 있지만, 교통과 환경 등 수많은 문제가 얽혀 있어 이를 해결하기 위해서는 시스템 전체를 조망하는 혜안이 필요합니다. 현대 사회의 데이터 범람은 우리에게 새로운 기회와 위협을 동시에 제공합니다. 스마트폰의 GPS 정보와 웹 활동 기록은 우리의 일거수일투족을 예측 가능한 데이터로 변환시킵니다. 이러한 데이터는 효율적인 사회 운영에 도움을 줄 수 있지만, 동시에 완벽한 감시와 통제의 도구가 될 위험성도 내포하고 있습니다. 프라이버시가 사라진 사회에서는 새로운 변화를 시도하려는 동력이 억제될 수밖에 없으며, 이는 결국 사회 전체의 진화와 발전을 가로막는 치명적인 결과를 초래할 수 있습니다. 인류가 직면한 기후 변화, 전쟁, 질병과 같은 글로벌 이슈들은 서로 독립된 문제가 아니라 촘촘하게 연결된 복잡계의 산물입니다. 따라서 근시안적인 사고로 눈앞의 나무만 보아서는 결코 근본적인 해결책을 찾을 수 없습니다. 이제는 전체적인 숲을 바라보는 복잡계적인 사고방식이 절실히 요구되는 시점입니다. 물리학을 바탕으로 한 이러한 통합적 시각은 단순히 지식을 습득하는 것을 넘어, 급변하는 미래 사회에서 인류가 지속 가능한 생존을 이어가기 위한 필수적인 나침반이 될 것입니다.

정하웅

카오스재단카오스콘서트

물리학

[강연] 복잡계과학이란 무엇일까 _ 김범준 교수_2강 | 2018 여름 카오스 마스터클래스 '물리' | 2강 ②

복잡성이라는 개념은 과학계에서 여전히 정의하기 어려운 난제 중 하나입니다. 물리학자들은 에너지나 엔트로피처럼 수식으로 명확히 정의되는 물리량을 선호하지만, 복잡성은 상황에 따라 인식론적 혹은 존재론적 의미로 나뉩니다. 20세기 후반에는 단순한 결정론적 시스템이 보여주는 복잡한 현상, 즉 카오스 이론이 주목받았습니다. 이는 초기 조건의 아주 미세한 차이가 시간이 흐름에 따라 걷잡을 수 없이 큰 결과의 차이를 만들어내는 현상을 의미하며, 우리에게는 나비효과라는 이름으로도 잘 알려져 있습니다. 카오스 이론의 핵심은 결정론과 예측 가능성이 서로 다르다는 사실을 일깨워준 데 있습니다. 로렌츠 방정식처럼 완벽하게 결정된 수식이라 할지라도, 초기값을 무한한 정확도로 측정할 수 없다는 현실적인 한계 때문에 미래를 정확히 예측하는 것은 불가능합니다. 이는 우리가 세상을 바라보는 철학적 관점에도 큰 교훈을 줍니다. 아무리 정교한 법칙이 지배하는 세계라 할지라도, 측정의 불확실성이 존재하는 한 미래는 언제나 예상치 못한 방향으로 흘러갈 수 있으며, 이는 과학이 가진 겸손한 한계를 인정하게 만듭니다. 이러한 복잡한 현상 속에는 '자기 유사성'이라는 흥미로운 질서가 숨어 있습니다. 로버트 메이의 토끼 개체 수 모델이나 만델브로 집합에서 볼 수 있듯이, 전체의 구조가 부분의 구조와 닮아 있는 프랙탈 구조가 나타납니다. 이는 척도를 아무리 변화시켜도 그 본질적인 형태가 변하지 않는 '척도 불변성(Scale Invariance)'의 특징을 보여줍니다. 아주 단순한 규칙에서 출발한 시스템이 무한히 반복되며 경이로울 정도로 아름답고 복잡한 기하학적 패턴을 만들어내는 과정은 현대 과학이 탐구하는 가장 매혹적인 연구 주제 중 하나입니다. 21세기에 들어서며 복잡성의 의미는 시스템의 행동에서 구성 자체의 복잡함으로 확장되었습니다. 복잡계는 수많은 구성 요소가 서로 강하게 상호작용하며 개별 요소의 특성만으로는 설명할 수 없는 새로운 거시적 현상을 만들어냅니다. '전체는 부분의 합보다 크다'는 말처럼, 상호작용의 방식이 시스템 전체의 성질을 결정짓는 핵심이 됩니다. 이는 미시적인 티끌을 모아 거시적인 태산을 이해하려는 통계물리학의 시각이 사회 현상으로까지 넓어지는 계기가 되었으며, 개별 존재보다 관계의 중요성을 강조합니다. 통계물리학의 방법론을 인간 사회에 적용한 '사회물리학'은 집단적 행동의 원리를 명쾌하게 설명합니다. 예를 들어, 지휘자 없이도 수많은 사람이 박수 소리를 하나로 맞추는 현상은 개개인의 특성보다는 상호작용을 통한 조율의 결과입니다. 물리학자들은 이러한 집단 지성과 창발적 현상을 연구하며, 불확실한 미래를 대비하기 위한 기초 과학의 중요성을 강조합니다. 기초 과학을 통해 다져진 논리적 사고는 시대가 변해도 다양한 학문 분야와 융합하여 세상을 이해하는 강력한 도구가 되며, 새로운 통찰력을 제공합니다. 네트워크 과학은 현대 사회의 복잡한 연결망을 분석하는 핵심 도구입니다. 밀그램의 실험으로 알려진 '6단계 분리 법칙'은 70억 인구가 사는 세상이 생각보다 좁다는 '좁은 세상 효과'를 보여줍니다. 이는 단순히 인구수가 많아서가 아니라, 기하급수적으로 늘어나는 연결의 특성 때문입니다. 오일러의 한붓그리기 문제에서 시작된 그래프 이론은 이제 인터넷의 구조, 남녀 관계의 패턴, 전염병의 확산 경로를 파악하는 등 실생활의 문제를 해결하고 효율적인 전략을 수립하는 데 필수적인 수학적 모델로 발전하였습니다. 최근에는 빅데이터를 활용하여 정치적 성향이나 법안 발의 현황을 분석하는 등 네트워크 과학의 적용 범위가 더욱 넓어지고 있습니다. 국회의원들의 공동 발의 관계를 분석하면 정당 정치의 역학 관계를 수치로 확인할 수 있으며, 전염병 확산을 막기 위한 효율적인 백신 배포 전략을 세울 수도 있습니다. 중요한 것은 방대한 데이터를 단순히 모으는 것이 아니라, 이를 논리적으로 꿰어 보배로 만드는 통찰력입니다. 복잡한 세상을 관통하는 단순한 질서를 찾는 여정은 과학의 경계를 넘어 우리 삶의 지혜로 이어지고 있습니다.

김범준

카오스재단마스터클래스

물리학

[카오스 술술과학] 카사노바의 과학

우리는 인간관계부터 인터넷, 도로 교통에 이르기까지 모든 것이 촘촘하게 연결된 네트워크 세상 속에 살고 있습니다. 이러한 네트워크는 크게 두 가지 형태로 나뉘는데, 모든 지점이 고르게 연결된 고속도로망 구조와 특정 지점에 연결이 집중된 항공망 구조가 그것입니다. 인간의 사회적 관계는 후자인 항공망 구조를 띠며, 유독 많은 연결을 가진 '허브'가 존재하기 마련입니다. 성적인 관계에서도 이러한 허브가 존재하며, 이들은 전염병 확산의 핵심 경로가 되기도 합니다. 따라서 에이즈와 같은 질병을 효과적으로 차단하기 위해서는 무작위적인 방역보다 이러한 네트워크의 허브를 공략하는 전략이 훨씬 효율적입니다. 그렇다면 정체를 드러내지 않는 네트워크의 허브를 어떻게 찾아낼 수 있을까요? 데이터 과학자들은 '친구'라는 연결을 활용하라고 조언합니다. 임의의 개인에게 백신을 전달하며 친구에게도 나누어 주라고 권하면, 통계적으로 연결망이 넓은 허브에게 백신이 도달할 확률이 비약적으로 높아지기 때문입니다. 이러한 원리는 현대의 마케팅에서도 활발히 이용됩니다. 수많은 팔로워를 보유한 인플루언서들이 정보를 공유하면 전염병이 퍼지듯 순식간에 확산되는 것과 같은 이치입니다. 2015년의 메르스 사태처럼 단 한 명의 허브 환자가 수십 명을 감염시킨 사례는 네트워크 관리의 중요성을 일깨워 줍니다. 21세기에 들어서며 복잡계 과학과 데이터 과학은 현대 학문의 새로운 중심축으로 급부상했습니다. 물리학, 전산학, 통계학 등 여러 분야가 데이터 과학의 주도권을 두고 경쟁하고 있지만, 중요한 것은 이 학문이 가진 융합적 성격입니다. 빅데이터를 분석하기 위한 알고리즘과 인프라, 그리고 통계적 방법론이 결합하여 이전에는 보지 못했던 새로운 통찰을 제공하고 있습니다. 이제 데이터 과학은 단순한 학문을 넘어 하나의 거대한 산업으로 성장했으며, 모든 학문 분야를 연결하는 '과학계의 허브' 역할을 수행하고 있습니다. 데이터라는 강력한 도구는 앞으로도 우리 삶의 방식을 근본적으로 바꾸어 놓을 것입니다.

카오스재단술술과학

융합

[강연] 수학과 생물학의 아름다운 만남, 수리생물학 (5) _ by김재경 | 2018 봄 카오스 강연 '모든 것의 수數다' 7강 | 7강 ⑤

감염병의 확산 양상을 예측하기 위해 수학자들은 복잡한 인간의 움직임을 수식으로 구현합니다. 통근과 통학 같은 일상적인 이동 데이터를 사인 함수와 같은 주기적인 수식으로 변환하고, 이를 미분방정식 기반의 수리 모델과 결합하면 질병이 지역 간에 어떻게 전파되는지 시뮬레이션할 수 있습니다. 실제로 2009년 신종 인플루엔자 확산 데이터를 수리 모델과 비교했을 때, 실제 확진자 발생 추이와 모델의 결과가 매우 유사하게 나타났습니다. 이러한 수리 모델링은 단순한 데이터 분석을 넘어 질병 확산의 원리를 이해하고 대응책을 마련하는 강력한 도구가 됩니다. 효율적인 방역 정책을 세우기 위해서는 한정된 자원을 어디에 집중할지 결정하는 것이 중요합니다. 수리 모델링의 연구 결과에 따르면, 교통 요충지인 허브(hub) 지역보다 최초 감염이 시작된 소스(source) 지역을 통제하는 것이 전체 감염자 수를 줄이는 데 훨씬 효과적입니다. 예를 들어, 유동 인구가 많은 강남을 통제하는 것보다 감염의 시작점인 과천의 이동을 제한했을 때 전국적인 확산 억제 효과가 더 크게 나타났습니다. 이는 직관적인 판단과는 다를 수 있는 결과로, 수학적 분석이 정책 결정 과정에서 얼마나 객관적이고 과학적인 근거를 제공할 수 있는지를 잘 보여줍니다. 수학의 역할은 감염병 대응에만 국한되지 않고 현대 산업 전반으로 확장되고 있습니다. 산업수학은 이미 선진국에서 수십 년 전부터 활발히 연구되어 온 분야로, 의료, 공학, 항공, 금융 등 다양한 영역에서 실질적인 문제 해결사 역할을 하고 있습니다. 암호 이론을 이용한 개인정보 보호 기술이나 금융 시장의 복잡한 파생상품 계산, 지문 인식 알고리즘 개발 등이 모두 수학적 원리를 바탕으로 이루어집니다. 최근 한국에서도 산업수학에 대한 관심이 높아지면서, 순수 수학적 이론이 실제 산업 현장의 난제를 해결하는 핵심 기술로 자리매김하고 있습니다. 현대 과학에서 수학과의 융합 연구가 강조되는 이유는 경제성과 효율성 때문입니다. 생물학이나 의학 분야에서 수많은 약물 조합과 투여 시간을 일일이 실험으로 확인하려면 천문학적인 비용과 시간이 소요됩니다. 하지만 수리 모델을 활용하면 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 최적의 조건을 미리 예측할 수 있어 연구 비용을 획기적으로 절감할 수 있습니다. 이러한 'Math+X'의 접근 방식은 서로 다른 학문 간의 경계를 허물고, 기존의 방식으로는 해결하기 어려웠던 복잡한 문제들에 대해 새로운 시각과 해법을 제시합니다. 성공적인 융합 연구를 위해 연구자에게 요구되는 가장 중요한 자질은 소통 능력과 열린 마음입니다. 수학자가 자신의 전문 용어만을 고집한다면 다른 분야의 전문가들과 협력하기 어렵습니다. 상대방의 언어를 배우고 자신의 지식을 상대가 이해할 수 있는 방식으로 전달하려는 노력이 필요합니다. 또한, 학문적 자존심을 내려놓고 타 분야의 관점을 수용할 때 비로소 진정한 의미의 혁신이 일어날 수 있습니다. 4차 산업혁명 시대의 수학은 단순히 계산하는 도구를 넘어, 서로 다른 분야를 연결하고 대화를 이끌어내는 공통의 언어로서 그 가치를 더해가고 있습니다.

김재경, 정은옥

카오스재단카오스강연

생명과학
수학

[강연] 디지털인문학과 데이터과학 (2) _ by장원철 | 2018 봄 카오스 강연 '모든 것의 수數다' 4강 | 4강 ②

예술과 문학의 진위를 가리거나 특징을 분석하는 방법으로 '양식 측정학'이 주목받고 있습니다. 이는 단어의 길이나 빈도, 색상의 사용 패턴 등을 정량적으로 분석하여 작품의 유사도나 작가의 고유한 스타일을 찾아내는 학문입니다. 19세기 토마스 멘덴홀이 단어 길이 빈도를 조사하며 시작된 이 분야는, 오늘날 구텐베르크 프로젝트와 같은 대규모 디지털 도서관의 등장으로 비약적인 발전을 이루었습니다. 이제 데이터는 단순한 기록을 넘어 과거의 진실을 밝히는 강력한 도구가 되었습니다. 우리나라의 대표적인 기록 유산인 조선왕조실록 역시 이러한 데이터 과학의 훌륭한 연구 대상입니다. 태조부터 철종까지 약 470년간의 방대한 기록은 현재 모두 디지털화되어 한글로 번역되어 있습니다. 연구자들은 텍스트 마이닝 기법을 활용해 왕들의 통치 스타일을 분석하기도 합니다. 예를 들어, 신하들의 의견을 경청했던 세종대왕과 독단적인 결정을 내렸던 연산군의 차이는 실록에 등장하는 특정 단어의 빈도 그래프를 통해 명확하게 드러납니다. 이는 역사가 주관적인 서술을 넘어 객관적인 수치로 재해석될 수 있음을 보여줍니다. 실록의 기사에는 수많은 인물이 등장하며, 한 기사에 함께 언급된 인물들은 서로 밀접한 관계가 있다고 볼 수 있습니다. 이를 바탕으로 인물 간의 네트워크를 재구성하면 당시의 정치적 지형도를 그릴 수 있습니다. 이는 현대의 국회의원들이 공동으로 법안을 발의하는 관계를 분석하는 것과 유사한 원리입니다. 네트워크 분석을 통해 우리는 단순히 기록에 남겨진 관계를 넘어, 보이지 않는 곳에서 영향력을 행사했던 숨은 실력자나 인물들 사이의 복잡한 연결 고리를 정량적으로 파악할 수 있게 되었습니다. 현종 시기의 예송 논쟁은 서인과 남인 사이의 치열한 정치적 갈등을 보여주는 대표적인 사례입니다. 네트워크 분석의 다양한 중심성 지표를 활용하면, 이 시기 권력의 흐름이 어떻게 변화했는지 추적할 수 있습니다. 특히 2차 예송 논쟁 전후로 집권 세력이 교체되는 과정에서 인물들의 연결 중심성이 급격히 변화하는 양상이 관찰됩니다. 이를 통해 특정 인물이 언제 당적을 변경했는지, 혹은 어떤 인물이 중립적인 위치에서 가교 역할을 했는지 등 문헌만으로는 파악하기 힘든 세밀한 정치적 변화를 포착할 수 있습니다. 이러한 정량적 분석 기법은 동양의 역사 기록뿐만 아니라 서양 문학 연구에도 활발히 적용됩니다. 셰익스피어의 작품 전집을 분석하여 그가 실제로 사용한 어휘의 규모를 추정하거나, 새로 발견된 작품이 그의 진작인지 판별하는 연구가 대표적입니다. 통계적 모델링을 통해 작가가 알고 있었으나 작품에 쓰지 않은 잠재적 어휘량까지 계산해내는 것입니다. 이처럼 데이터 과학과 인문학의 만남은 과거의 유산을 현대적인 시각으로 재조명하며, 우리가 미처 알지 못했던 역사의 이면을 밝혀내는 새로운 지평을 열어주고 있습니다.

장원철

카오스재단카오스강연

수학

[강연] 자연에 숨어 있는 질서를 찾아서 (1) _ by하승열 | 2018 봄 카오스 강연 '모든 것의 수數다' 2강 | 2강 ①

수학은 흔히 추상적이고 난해한 학문으로 여겨지지만, 사실 우리 삶과 자연의 질서를 이해하는 가장 강력한 도구입니다. 많은 이들이 학창 시절 수학을 공부하며 이 학문을 어디에 쓸 수 있을지 고민하곤 합니다. 하지만 수학은 공학이나 물리학 등 다양한 분야로 뻗어 나갈 수 있는 기초 체력을 제공합니다. 특히 실험에 소질이 없더라도 논리적인 사고와 수식만으로 세상의 원리를 탐구할 수 있다는 점은 수학만이 가진 독특한 매력입니다. 고등학교 시절 선생님의 조언처럼 수학을 먼저 공부하면 나중에 더 많은 일을 할 수 있다는 말은, 복잡한 현대 사회를 살아가는 우리에게 여전히 유효한 통찰을 제공합니다. 자연의 아름다움 속에는 우리가 미처 깨닫지 못한 정교한 질서가 숨어 있습니다. 스페인의 몬세라트 산이나 이탈리아의 해안 절벽처럼 경이로운 풍경들은 단순한 우연의 산물이 아닙니다. 천재 건축가 안토니 가우디는 자연의 모든 것이 곡선적이라는 사실에 주목하여, 당시의 직선적인 고딕 양식에서 탈피한 혁신적인 건축물들을 남겼습니다. 가우디가 추구했던 유기적인 형태는 자연이 가진 본연의 모습을 투영한 것이며, 이는 우리가 자연을 관찰할 때 느끼는 경외감의 원천이기도 합니다. 이러한 자연의 복잡한 곡선과 형태를 이해하려는 노력은 결국 과학과 수학의 탐구로 이어지게 됩니다. 수학은 자연의 현상을 설명하는 과학의 언어 역할을 수행합니다. 과학자들은 복잡한 자연 현상을 관찰한 뒤 이를 방정식으로 표현하는 '모델링' 과정을 거칩니다. 시간이 연속적으로 흐른다고 가정하는 상미분방정식이나, 시간을 이산적으로 파악하는 차분방정식 등이 대표적인 도구입니다. 이러한 수식들을 엄밀하게 증명하고 시뮬레이션하는 과정은 복잡한 시스템의 변화를 추적하는 핵심적인 단계가 됩니다. 이를 통해 우리는 눈에 보이지 않는 자연의 법칙을 구체적인 수치로 확인하고, 현상의 이면에 숨겨진 원리를 논리적으로 규명할 수 있는 힘을 얻게 됩니다. 우리가 살아가는 세상은 수많은 요소가 서로 얽혀 상호작용하는 '복잡계' 시스템입니다. 태양계의 행성 운동부터 도로 위의 교통 흐름, 그리고 우리 뇌 속 뉴런의 활동에 이르기까지 모든 것은 독립적으로 존재하지 않습니다. 이러한 복잡계에서는 개별 요소들의 합보다 더 큰 효과가 나타나는 '집단 현상'이 발생하곤 합니다. 새 떼의 군집 비행인 플로킹(Flocking)이나 여러 요소가 박자를 맞추는 동기화 현상이 그 예입니다. 서로 간의 긴밀한 관계와 협력을 통해 무질서 속에서 새로운 질서가 출현하는 과정은 복잡계 연구의 핵심이며, 이는 단순한 산술적 계산을 넘어선 관계의 중요성을 우리에게 일깨워 줍니다. 과거 영화 속 상상에 불과했던 자율주행 자동차나 하늘을 나는 이동 수단은 이제 현실로 다가오고 있습니다. 이러한 기술적 진보의 이면에는 복잡한 시스템 내의 무질서, 즉 카오스 속에서 질서를 찾아내려는 수학적 노력이 깃들어 있습니다. 최근에는 기계공학이나 통계학 등에서 각광받는 '불확실성 정량화(UQ)'라는 분야를 통해 예측 불가능한 변수들을 수학적으로 관리하려는 시도가 활발히 이루어지고 있습니다. 자연 속에 숨겨진 질서를 찾고 이를 기술로 구현하는 과정은 인류의 삶을 더욱 풍요롭게 만들 것입니다. 수학은 결국 미래를 여는 열쇠이자, 복잡한 세상을 이해하는 가장 정교한 지도입니다.

하승열

카오스재단카오스강연

수학

[강연] 게놈으로 읽는 생명(1) _ 박종화 교수 | 2017 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 9강 | 9강 ①

생명은 어디에서 왔으며 왜 죽어야 하는가라는 질문은 인류가 가진 가장 근원적인 물음입니다. 과학의 관점에서 생명은 원소들이 특정 구조를 형성하고 시간에 따라 진화해 가는 과정으로 정의됩니다. 특히 게놈은 이러한 생명 현상을 읽어내는 핵심적인 열쇠입니다. 태극기에 담긴 우주의 원리처럼, 생명 또한 음양의 조화와 같은 역동적인 상호작용을 통해 존재합니다. 우리는 게놈 해독을 통해 생로병사의 운명이 이미 정해져 있는지, 아니면 환경에 따라 변해가는 것인지에 대한 답을 찾을 수 있습니다. 이는 단순한 생물학적 연구를 넘어 우주의 기원과 진화를 이해하는 철학적 토대가 됩니다. 생명을 정의하는 흥미로운 관점 중 하나는 이를 '스위치 세트'로 보는 것입니다. 우주가 탄생한 빅뱅의 순간을 정보의 스위치가 켜진 시점으로 본다면, 생명체는 수많은 정보 처리 함수들이 연결된 거대한 회로와 같습니다. 여기서 중요한 개념은 '생명체 박스론'입니다. 세포라는 작은 박스에서 시작해 조직, 개체, 그리고 지구라는 거대한 박스에 이르기까지 생명은 일정한 질서와 법칙을 가지고 구조를 형성합니다. 이러한 박스들은 에너지를 통해 구조와 순서를 유지하며, 앞뒤 서열의 차이에 따라 생명체의 행동과 형질이 결정됩니다. 결국 생명은 정보를 담고 처리하는 정교한 물리적 실체라고 할 수 있습니다. 진화는 시간이 흐름에 따라 생명체라는 박스가 점진적으로 변화해 가는 과정입니다. 다윈의 자연 선택 이론에 따르면, 무작위로 발생하는 변이들이 축적되면서 조상으로부터 새로운 형태의 생명체가 탄생합니다. 이 진화의 중심에는 바로 게놈이라는 정보 덩어리가 있습니다. 게놈은 단순한 염기 서열의 나열이 아니라, 생명 활동을 조절하는 신호 처리 회로의 집합체입니다. 30억 개의 염기 서열 속에는 과거의 역사가 기록되어 있으며, 동시에 미래를 예측할 수 있는 단서가 숨겨져 있습니다. 우리는 게놈을 통해 생명이 어떻게 환경에 적응하고 자신을 복제하며 진화해 왔는지를 과학적으로 증명할 수 있습니다. 게놈 정보를 해독하고 분석하는 생정보학은 마치 정밀한 지도를 만드는 작업과 같습니다. 과거 김정호가 대동여지도를 만들어 국토의 실체를 파악했듯이, 현대 과학자들은 게놈 지도를 통해 생명의 설계도를 그려냅니다. 70억 인류 개개인의 게놈 데이터를 수집하고 비교하면 인간이라는 종의 공통된 구조와 개별적인 변이를 명확히 이해할 수 있습니다. 이러한 데이터는 엄청난 양의 빅데이터를 형성하며, 이를 컴퓨터로 계산하고 분석함으로써 생명 현상을 예측 가능한 영역으로 끌어들입니다. 우주가 계산 가능하다는 전제 아래, 생명 또한 정교한 계산을 통해 그 비밀을 하나씩 드러내고 있는 것입니다. 앞으로 게놈 기술은 반도체만큼이나 우리 삶의 모든 영역에 깊숙이 스며들 것입니다. 보건 의학 분야에서는 개인별 맞춤형 정밀 의료를 가능하게 하여 암이나 노화와 같은 난치병 정복의 근거를 마련해 줍니다. 뿐만 아니라 농업, 환경 모니터링, 식품 안전 등 다양한 산업 분야에서 게놈 정보가 핵심적인 역할을 수행하게 될 것입니다. 실시간으로 박테리아나 바이러스의 게놈을 읽어 질병을 예방하고, 유전자 편집을 통해 생산성을 높이는 시대가 다가오고 있습니다. 결국 게놈을 이해하는 것은 인간 자신을 깊이 이해하는 것이며, 이는 인류의 건강과 미래를 혁신적으로 변화시킬 원동력이 될 것입니다.

박종화

카오스재단카오스강연

생명과학

[강연] 영화로 만나는 뇌과학 (5) _ 패널토의 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 6강 | 6강 ⑤

뇌의 전두엽은 우리 몸의 행동과 감정을 조절하는 '경찰'과 같은 역할을 수행합니다. 전두엽이 손상되면 평소 억제되었던 본능이나 숨겨진 능력이 발현되기도 하는데, 이는 전두엽이 자아를 통제하는 중심지이기 때문입니다. 전두측엽 치매 환자에게서 성격 변화나 난폭함이 나타나는 이유도 이 통제 기능이 상실되었기 때문입니다. 때로는 예술적 감각이 새롭게 깨어나기도 하지만, 이는 뇌의 특정 영역이 억제에서 해방되며 나타나는 복합적인 현상으로 이해할 수 있습니다. 기억의 메커니즘은 현대 과학에서도 여전히 풀기 어려운 난제 중 하나입니다. 에릭 칸델과 같은 학자들이 기억 증강 물질을 연구하며 노벨상을 받기도 했지만, 특정 기억만을 선택적으로 지우거나 강화하는 것은 진화론적으로 매우 복잡한 과정입니다. 영화 속 소재처럼 기억을 자유자재로 조작하는 것은 현실적으로 불가능에 가깝습니다. 다만 정신과적 약물을 통해 과도하게 예민해진 신경 전달 물질을 조절함으로써 트라우마로 인한 고통을 완화하는 수준의 도움은 가능합니다. 알츠하이머병과 같은 퇴행성 질환은 증상이 나타났을 때 이미 뇌 손상이 상당 부분 진행된 경우가 많습니다. 최근에는 아밀로이드 단백질의 축적을 시각화하는 영상 기술이 발달하면서 조기 진단의 가능성이 열리고 있습니다. 기억력이 감퇴하기 전인 50대부터 정밀 검사를 통해 위험 요소를 발견하고 관리하는 것이 현재로서는 가장 효과적인 대응 방안입니다. 유전적 요인이나 특정 단백질의 축적을 미리 파악하여 초기에 치료를 시작하려는 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 뇌는 인간의 정체성을 결정하는 핵심 기관이기에 신체 이식 논의에서도 중심이 됩니다. 과거 동물을 대상으로 한 머리 이식 실험이 시도된 적이 있으나, 실제 인간에게 적용하기에는 신경 연결과 면역 반응 등 기술적 장벽이 매우 높습니다. 또한 스트레스와 같은 심리적 요인이 뇌에 미치는 영향은 물리적인 손상만큼이나 복합적입니다. 같은 환경에서도 개체마다 스트레스 반응이 다른 이유는 뇌의 미세한 기능적 차이 때문이며, 이는 뇌과학이 앞으로 해결해야 할 중요한 과제입니다. 뇌성마비와 같은 운동 장애는 주로 기저핵 부위의 손상과 관련이 깊으며, 이는 평생에 걸친 재활과 관리가 필요한 영역입니다. 한편 남녀의 뇌 구조 차이에 대한 연구는 공감 능력이나 감각의 예민함이 뇌량의 두께나 변연계의 활성화 정도와 연관이 있음을 보여줍니다. 여성의 뇌가 양쪽 반구를 더 활발하게 연결하여 사용하는 경향이 있는 반면, 남성은 특정 영역에 집중하는 특성을 보입니다. 이러한 과학적 사실은 인간의 다양성을 이해하고 사회적 협력을 이끌어내는 기초가 됩니다.

김종성, 장영엽

카오스재단카오스강연

뇌인지과학
융합

[강연] 인간의 뇌는 과연 특별한가? (3) _ 김경진 교수 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 2강 | 2강 ③

인간의 뇌는 오랫동안 접근 불가능한 신비의 영역으로 여겨져 왔으나, 현대 과학은 이를 하나씩 규명해야 할 탐구의 대상으로 바라보고 있습니다. 뇌를 구성하는 단백질이나 세포 자체는 동물과 큰 차이가 없지만, 인간의 뇌가 보여주는 고유한 특성은 그 구성 요소들의 복잡한 결합에서 기인합니다. 과학적 방법론을 통해 뇌의 진실을 알아가는 과정은 단순한 지식의 습득을 넘어, 인간 본연의 정체성을 이해하는 중요한 열쇠가 됩니다. 이제 뇌는 미스터리가 아닌, 체계적인 연구를 통해 그 메커니즘을 규명할 수 있는 실체로 자리 잡고 있습니다. 뇌의 기능은 개별 뉴런의 역할보다 그들이 어떻게 연결되어 있는가 하는 네트워크의 관점에서 이해해야 합니다. 과거에는 뇌를 중앙처리장치(CPU)에 비유하기도 했으나, 최근에는 수많은 정보가 유기적으로 얽혀 있는 인터넷망과 유사한 구조로 파악하는 추세입니다. 이러한 연결망, 즉 커넥톰의 복잡성이 임계점을 넘으면서 인간 특유의 마음이나 창발적인 지능이 형성되는 것으로 보입니다. 따라서 뇌 지도를 정밀하게 그려내는 연구는 인간의 고등 인지 능력이 어디에서 비롯되는지 밝히는 결정적인 단서가 될 것입니다. 인공지능의 딥러닝 기술은 뇌의 신경망을 모사하여 발전했지만, 효율성 측면에서 인간의 뇌와는 여전히 큰 차이를 보입니다. 인공지능이 사물을 인식하기 위해 수만 장의 데이터를 학습해야 하는 반면, 인간은 단 몇 번의 경험만으로도 핵심을 파악하는 놀라운 직관력을 발휘합니다. 또한 거대한 서버와 냉각 장치가 필요한 인공지능과 달리, 인간의 뇌는 커피 한 잔 정도의 적은 에너지로도 고도의 사고를 수행합니다. 이러한 압도적인 에너지 효율과 사회적 교감 능력은 기계 뇌가 쉽게 따라올 수 없는 인간 뇌만의 고유한 강점입니다. 최근 줄기세포 기술의 발전으로 실험실에서 1~2mm 크기의 작은 뇌 조직인 뇌 오가노이드를 만드는 것이 가능해졌습니다. 비록 크기는 작지만, 이 조직 내부에서는 실제 뇌처럼 신경 신호가 발화하며 역동적인 활동이 일어납니다. 이는 질병 치료를 위한 획기적인 연구 수단이 되기도 하지만, 동시에 생각하는 조직에 대한 윤리적 논쟁을 불러일으킵니다. 배아를 생명으로 볼 것인지에 대한 과거의 논의처럼, 인공적으로 배양된 뇌 조직을 어디까지 생명체로 존중해야 할지에 대한 사회적 기준 마련이 시급한 시점입니다. 뇌 과학의 진보는 인류에게 새로운 가능성을 열어주지만, 그에 따른 책임과 윤리적 문제도 함께 던져줍니다. 뇌 정보의 프라이버시 보호나 인공지능과의 공존 등은 과학자들만의 고민이 아닌, 철학, 법학, 사회학 등 다양한 분야가 머리를 맞대야 할 공통의 과제입니다. 기술의 발전 속도를 늦추기보다, 다가올 미래의 변화를 미리 예측하고 사회적 합의를 이끌어내는 과정이 필요합니다. 다양한 전문가와 대중이 참여하는 심도 있는 담론을 통해, 우리는 기술의 진보를 인간의 존엄성을 지키는 방향으로 제어할 수 있을 것입니다.

김경진, 김재상, 선웅

카오스재단카오스강연

뇌인지과학

[강연] 지니에게 물어봐 _장원철 교수| 2016 서울대 자연과학대학 공개강연 '무질서에서 질서로' (5) | 3강

우주는 끊임없이 무질서한 상태로 나아가려는 본질적인 경향을 가지고 있습니다. 이를 과학적으로는 열역학 제2법칙, 즉 엔트로피 증가의 법칙이라고 정의합니다. 뜨거운 커피가 식어 주변 온도와 같아지거나, 물속에 떨어진 잉크가 고르게 퍼져나가는 현상은 우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 자연스러운 변화의 과정입니다. 이러한 변화는 결코 스스로 되돌아가지 않는 비가역적인 특성을 지닙니다. 한 번 흩어진 에너지는 외부의 개입 없이는 다시 모이지 않으며, 엔트로피는 단순한 혼란의 정도를 넘어 우주의 시간적 방향성을 결정짓는 중요한 척도가 됩니다. 루트비히 볼츠만은 눈에 보이지 않는 미시적 입자들의 배열 상태를 통해 엔트로피를 통계적으로 새롭게 정의했습니다. 그는 거시적인 상태가 가질 수 있는 미시적 상태의 가짓수가 많을수록 엔트로피가 높다는 사실을 수학적인 공식으로 증명해 냈습니다. 이는 무질서함이 단순히 인간의 주관적인 느낌이 아니라, 확률적으로 가장 일어날 법한 상태임을 과학적으로 입증한 것입니다. 볼츠만의 통계역학은 고전 물리학의 한계를 뛰어넘어 현대 물리학이 물질의 근본 원리를 이해하는 데 결정적인 토대를 마련해 주었으며, 원자의 존재를 확신하게 만든 계기가 되었습니다. 제임스 클러크 맥스웰은 엔트로피 법칙의 절대성에 도전하는 흥미로운 사고실험을 제안했습니다. 아주 작은 존재인 '맥스웰의 도깨비'가 기체 분자들의 속도를 하나하나 관찰하여 빠른 것과 느린 것을 분리할 수 있다면, 외부에서 에너지를 가하지 않고도 계의 엔트로피를 낮출 수 있다는 가설이었습니다. 이 도깨비의 존재는 오랫동안 물리학자들에게 거대한 지적 숙제를 안겨주었습니다. 만약 이 가설이 현실에서 가능하다면 열역학 제2법칙은 우주의 절대적인 진리가 아닌, 단지 확률적인 현상에 불과하게 되어 물리학의 근간이 흔들릴 수 있기 때문입니다. 맥스웰의 도깨비가 가진 모순은 20세기에 들어서 정보 이론과 열역학의 결합을 통해 명쾌하게 해결되었습니다. 도깨비가 분자를 선별하기 위해서는 반드시 정보를 수집하고 기억해야 하며, 이 정보를 지우는 과정에서 필연적으로 열이 발생한다는 사실이 밝혀진 것입니다. 즉, 정보를 처리하고 저장하는 과정 자체가 물리적인 비용을 수반하며, 전체 시스템의 엔트로피는 결과적으로 증가하게 됩니다. 이는 정보가 단순한 추상적 개념이 아니라 물리적인 실체와 긴밀하게 연결되어 있음을 시사하는 놀라운 발견이었으며, 현대 컴퓨터 공학의 기초 원리와도 맞닿아 있습니다. 생명체는 무질서로 향하는 우주의 거대한 흐름 속에서도 고도의 질서를 유지하고 만들어내는 경이로운 존재입니다. 우리는 외부로부터 끊임없이 에너지를 섭취하고 정교한 대사 과정을 거치며 스스로의 구조를 유지하고 복제합니다. 물리학자 슈뢰딩거는 생명이 '음의 엔트로피'를 섭취함으로써 생존한다고 표현하기도 했습니다. 비록 생명체 내부에서는 질서가 유지되는 것처럼 보이지만, 그 대가로 주변 환경의 엔트로피를 훨씬 더 크게 증가시킵니다. 결국 생명은 우주의 법칙을 거스르는 예외가 아니라, 그 법칙 안에서 에너지를 효율적으로 사용하여 꽃피운 정교한 결과물입니다. 엔트로피의 지속적인 증가는 왜 우리가 과거로 돌아갈 수 없는지, 즉 시간의 비가역성을 설명해 주는 유일한 물리적 근거가 됩니다. 우주의 초기 상태는 매우 낮은 엔트로피를 가지고 있었으며, 시간이 흐름에 따라 점차 높은 엔트로피 상태로 진화해 왔습니다. 이러한 변화의 흐름은 '시간의 화살'을 만들어내며, 우리가 과거와 미래를 명확히 구분 짓는 기준이 됩니다. 만약 엔트로피가 증가하지 않고 평형 상태에 머물러 있다면 세상은 어떠한 변화도 일어나지 않는 정적인 상태에 갇혔을 것입니다. 우리가 경험하는 모든 변화와 흐름은 무질서로 향하는 여정 그 자체입니다. 무질서 속에서 질서가 형성되는 원리를 이해하려는 노력은 현대 과학의 가장 본질적인 도전 중 하나입니다. 겉보기에 혼돈스러워 보이는 자연 현상 이면에는 정교한 물리 법칙이 숨어 있으며, 과학자들은 이를 통해 우주의 기원과 생명의 신비를 탐구해 왔습니다. 엔트로피 법칙은 우주의 종말을 예견하는 차가운 법칙처럼 느껴질 수 있지만, 동시에 복잡한 생명과 찬란한 문명이 탄생할 수 있었던 역동적인 배경이기도 합니다. 질서와 무질서가 끊임없이 상호작용하며 균형을 찾아가는 과정은 우주를 더욱 풍요롭고 아름답게 만드는 근원적인 원동력이라 할 수 있습니다.

장원철

카오스재단서울대자연과학공개강연

수학

[강연] 구글신은 모든 것을 알고있다 _정하웅 교수 | 2016 서울대 자연과학대학 공개강연 '무질서에서 질서로' (6) | 4강

복잡계란 무엇일까요? 완벽한 질서는 예측 가능하지만 단조롭고, 완전한 무질서는 확률로 설명되지만 혼란스럽습니다. 우리가 살아가는 세상은 이 두 극단의 중간 지점인 '복잡계'에 위치합니다. 바둑판처럼 정교하지도, 주사위처럼 무작위적이지도 않은 이 모호한 영역 덕분에 세상은 흥미롭고 탐구할 가치가 생깁니다. 물리학은 이제 단순한 입자의 운동을 넘어, 이 복잡한 질서 속에서 새로운 규칙을 찾아내려 합니다. 우리 주변의 모든 것은 네트워크로 연결되어 있습니다. 사람과 사람 사이의 사회적 관계부터 고속도로, 철도, 심지어 우리 몸속의 신경망과 혈관까지도 거대한 연결망의 일부입니다. 이러한 네트워크 관점은 생물학, 경제학, 인터넷 등 다양한 분야를 관통하는 핵심 원리가 됩니다. 세상이 어떻게 연결되어 있는지 이해하는 것은 복잡한 현대 사회의 흐름을 읽는 첫걸음이며, 이를 통해 우리는 보이지 않는 거대한 구조를 파악할 수 있습니다. 데이터 과학은 이제 '빅데이터'라는 용어를 넘어 우리 삶의 깊숙한 곳을 파고들고 있습니다. 엄청난 양과 속도, 그리고 다양성을 갖춘 데이터는 때로 신비로운 예지력을 보여주기도 합니다. 실제로 구글의 검색 데이터나 웹페이지 노출 빈도는 선거 결과와 놀라울 정도로 일치하는 모습을 보였습니다. 이는 수많은 대중의 관심과 행동이 데이터라는 형태로 축적되었을 때, 개별적인 현상을 넘어 전체적인 흐름을 정확히 예측할 수 있음을 시사합니다. 사람들이 검색창에 입력하는 단어에는 거짓이 없습니다. 설문조사에서는 자신을 꾸밀 수 있지만, 정말 궁금하거나 필요한 정보를 찾을 때는 본능적이고 솔직한 데이터가 생성됩니다. 구글은 이러한 검색 트렌드를 분석해 질병관리본부보다 2주나 빨리 독감 유행을 예측하기도 했습니다. 시간과 장소 정보가 결합된 실시간 데이터는 현대 사회의 변화를 가장 빠르게 포착하는 도구가 되었으며, 이는 공공 보건과 경제 등 다양한 분야에서 혁신을 일으키고 있습니다. 하지만 데이터의 숫자만을 맹신하는 것은 위험할 수 있습니다. 2013년 구글 독감 트렌드가 실제 환자 수를 크게 빗나간 사례는 언론 보도와 같은 외부 요인이 데이터에 거품을 만들 수 있음을 보여주었습니다. 여기서 중요한 교훈은 '상관관계'와 '인과관계'를 혼동해서는 안 된다는 점입니다. 데이터가 보여주는 현상의 이면에 숨겨진 과학적 원리를 파악하지 못한 채 결과만을 수용한다면, 우리는 데이터가 만든 함정에 빠져 잘못된 결론에 도달할 수 있습니다. 데이터 과학은 인문학의 영역까지 확장되어 '컬처로믹스'라는 새로운 학문을 탄생시켰습니다. 수백만 권의 책을 디지털화하여 특정 단어의 사용 빈도를 분석하면, 시대별 문화적 관심사와 역사적 사건의 흐름을 읽어낼 수 있습니다. 노예 제도에 대한 관심이나 여권 신장의 역사, 심지어 과학과 종교의 위상 변화까지도 숫자로 증명됩니다. 이는 과거의 기록을 현대의 분석 도구로 재해석함으로써 인류 문명을 바라보는 새로운 시각을 제공합니다. 미래의 학문은 데이터를 유기적으로 연결하는 네트워크 과학과 결합하여 더욱 진화할 것입니다. 영문법의 규칙을 데이터 통계로 재정립하고, 경제학의 가격 이론을 실시간 거래 데이터로 분석하는 시도는 이미 현실이 되었습니다. 단순히 데이터를 모으는 것에 그치지 않고, 이를 어떻게 유기적으로 연결하여 가치 있는 정보를 추출하느냐가 핵심입니다. 데이터와 네트워크가 만날 때, 우리는 비로소 복잡한 세상의 진실에 한 걸음 더 다가갈 수 있습니다.

정하웅

카오스재단서울대자연과학공개강연

물리학