[책 리뷰] 복잡한 세계 숨겨진 패턴 / 닐 존슨 지음 / 바다출판사

복잡한 세계 숨겨진 패턴 / 닐 존슨 지음 / 바다출판사

 

 

주식 시장과 인공지능 알고리즘을 연구하다보니 자연스럽게 수학과 물리에 관심이 가게 됩니다. 이 중 "복잡계" 라는 개념에 완전히 매료 되었습니다. 복잡계는 자연과 인간이 만든 문명 거의 모든 영역에서 관찰됩니다. 무질서해 보이는 복잡한 세상도 면밀히 관찰하다 보면 일종의 패턴이 발견됩니다.

 

다양한 변수 가운데에서 패턴을 찾는 일을 하는 것이 인공지능의 역할입니다. 세상의 많은 것들이 데이터화 되고 이를 인공지능이 분석하면, 여러 산업에서의 패턴들이 발견되지 않을까 싶습니다.

 

복잡계 이론을 읽으면서 여러 개체들이 마치 레고 블럭처럼 유기적으로 결합되어 새로운 것이 창발되고, 이것들이 피드백 과정을 거쳐 다시 강화되는 구조에 매료되었습니다.

 

최근에 관심을 갖고 보는 주제들에서 공통적인 키워드들이 발견됩니다. "시스템" "노드" "창발" "혁신" "메커니즘" "피드백"입니다. 딥러닝의 심층신경망, 블록체인의 노드, 경영학에서 SER-M이론, 시스템 다이내믹스, 프로그래밍에서 API, 물리학에서의 복잡계 이론, 그리고 폴리매스에서 이러한 것들이 발견됩니다.

 

---------------------------------------------------

1.단순한 조각들이 단순한 방식으로 상호작용을 하더라도 엄청나게 다양한 현실적인 결과를 만들어낼 수 있고, 이것이 바로 복잡성 과학이다.

 

2. 약학과 생물학에서 경제학과 사회학에 이르기까지 모든 분야에서 다음번 거대한 진보의 물결을 일으킬 것으로 보이는 복잡성 과학은 일종의 상위 과학, 심지어는 모든 과학의 과학이라 할 수 있다.

 

3. 복잡성은 "둘만은 좋아도, 셋이면 너무 많다(Tow`s company. Three is complexity.)"는 속담으로 요약할 수 있다. 다른 말로 하자면, 복잡성 과학은 "상호작용하는 개체들의 집합에서 창발하는 현상에 대한 연구"라고 볼 수 있다. 그리고 군중(crowd)이야 말로 창발 현상(emergent phenomenon)의 완벽한 예시이다. 군중의 행태야말로 상호작용하는 사람들의 집합에서 나타나는 현상이기 때문이다.

 

4. 복잡성 과학의 궁극적 목표는 창발 현상을 이해하고 예측하고, 제어하는 것이다.

 

5. 창발 현상이란 각 부분 또는 구성원의 상호작용의 결과이다. 구성요소의 특성만으로는 설명할 수 없는, 전체 집합체에서 나타나는 복잡한 현상을 가리킨다. 전체적인 의도를 가지고 세세하게 조직된 현상이 아니다.

 

6. 사람들은 군중에 합류하려는 선천적인 충동이 있는 듯하다. 그러나 개인적인 관점에서 그것이 최선의 결정은 아닐 수 있다. 당장 집이나 자동차를 사고파는 일을 생각해 보자. 다른 사람들이 모두 사려고 아우성일 때 팔면 높은 가격으로 팔 수 있어 좋고, 반대로 모두 팔려고할 때는 낮은 가격에 살 수 있어 좋다.

 

7. 개체들의 집합체가 중앙통제자 없이도 창발 현상을 만들어내는 능력은 NASA 연구자들의 관심을 끌었다. 예컨대 NASA는 비교적 간단한 로봇들 여럿을 동시에 운영하여 행성 표면을 빠르고 효율적으로 탐사할 가능성을 조사하고 있다. 이는 하나의 크고 훨씬 복잡한 기계를 사용하는 것과 반대되는 방법이다. 이렇게 하려는 데에는 나름의 이유가 있다. 간단한 로봇을 여럿 운영하면 이 가운데 하나가 고장 나더라도 다른 로봇들이 남아 있으니 큰 문제가 없다. 반면 커다란 로봇은 내부 기능 하나만 고장나도 엄청난 비용이 들어간 임무가 대번에 수포로 돌아가 버릴 수도 있다. 이는 NASA가 하나의 거대하고 정교한 위성 대신에 간단한 위성 여러 개를 띄우고, 역시 하나의 거대한 우주선 대신에 초소형 우주선 여러 개를 띄우는 데 관심을 갖는 이유를 설명한다.

 

8. 연구들에 따르면 적절하게 선택된 개체들의 집합은, 단일한 통제자의 조정 없이 어떤 한정된 자원을 두고 경쟁하게 만들기만 하나면 하나의 집단으로서 매우 잘 작동할 수 있다고 한다.

 

9. 원자의 수준까지 파헤쳐 내려가면, 창발 현상의 범위는 그야말로 숨이 막힐 정도이다. 전자는 원자핵 주위를 돌고 있는, 음전하를 띤 입자이다. 그러나 이런 전자들을 모아 하나의 거대한 집합체를 만들면, 초전도부터 이른바 분수 양자 홀 효과(fractional quantum hall effect), 양전 상전이(quantum phase transition)라고 불리는 것들에 이르기까지 이색적인 군중 효과가 나타난다.

 

10. 아이슈타인의 시공간이나 블랙홀에 대한 물리학도 복잡성에서 벗어날 수 없다. 아이슈타인의 상대성선이론의 핵심은 시간과 공간이 함께 엮여 있다는 점이다. 달리 말하면 시간과 공간은 서로 빛을 주고받는 형태로 상호작용할 수 있다는 것이다. 그러니 시공간의 전체 구조는 상호작용하는 요소들의 복잡한 네트워크이기도 하다.

 

11. 창발하는 군중 현상과 같은 것들의 정확한 본질은 개체들이 어떻게 상호작용하고, 이들이 어떻게 연결되느냐에 달려 있다.

 

12. 하나의 전자의 특성을 이해한다고 해도, 이 전자들이 모였을 때 일어나는 창발 현상은 너무나 놀라워서 그 하나하나의 현상 자체가 주목할 만한 새로운 발견이 되고는 했다.

 

13. 복잡계는 다수의 상호작용 하느 개체, 또는 행위자(agent)의 집합체를 포함한다. 주식 시장의 경우에 이들 개체는 투자자가 된다. 교통의 경우에는 운전자가 된다. 과학계에서는 이런 개체를 행위자라고 한다. 이런 행위자들 사이의 상호작용은 이들이 서로 물리적으로 가깝게 있거나, 같은 집단에 소속되어 있거나, 어떤 공통의 정보를 공유하고 있기 때문에 일어난다.

 

14. 행위자들이 상호작용하면서 서로 연결됨에 따라, 이들은 같은 네트워크의 일부를 형성하게 된다고 볼 수 있다. 이 때문에 행위자의 집합체에 대한 연구와 함께, 네트워크 연구는 복잡성 과학의 필수불가결한 부분이 되어가고 있다. 사실 학계의 많은 과학자들에게 복잡성을 연구한다는 것은 '행위자 및 네트워크'를 연구한다는 것과 같다.

 

15. 부분적으로 이해하고 있는 시스템, 예컨데 생물학의 시스템에서 얻어진 통찰이 전혀 다른 분야, 예컨대 경제학을 이해하는 데 도움을 주는 경우는 보기만 해도 흥미진진하다.

 

16. 한 과학자 개인이, 연관성이 있을 만한 다른 모든 연구 분야를 상세히 알기 어렵다. 이 문제는 총체적으로 복잡성 과학의 진보를 가로막고 있고, 중요한 현실 세계 시스템을 이해할 새로운 돌파구가 나올 가능성까지 감소시키고 있다.

 

17. 복잡성은 비교적 간단한 구성요소들이 모인 집합체에서 어떤 새로운 현상들이 일어나는지에 초점을 맞춰 왔다. 다른 말로 하면, 복잡성은 다소 단순해 보이는 개체들의 집합체가 상호작용으로 창발할 수 있는 복잡하면서도 놀라운 일에 주목한다.

 

18. 복잡성 과학을 추동하는 철학적인 질문은 레고와 같은 장난감 제조 기업들의 모토와 비슷하다. 아주 단순한 개체들의 집합을 가지고 ,나는 무엇을 만들 수 잇으며, 그것으로 어떤 복잡하면서도 놀라운 일을 해낼 수 있을까? 그리고 일부 부품을 다른 것으로 바꾸면 어떤 일이 일어나며, 그로 인해 내가 만들어 낼 수 있는 사물의 유형도 바뀔까? 내가 일부 부품을 잃어버렸거나, 몇몇 전문적인 부품을 추가하면 만들어 낼 수 있는 사물으 스펙트럼은 또 어떻게 바뀔까?

 

19. 복잡성에 관한 정량적인 이론 탐구의 밑바탕에 깔린 철학은, 우리가 어떤 개체들의 집합체가 만들어 낼 것들을 이해하기 위해서 꼭 그게 하나하나를 완벽하게 이해할 필요는 없다는 것이다. 단순한 조각들이 단순한 방식으로 상호작용을 하더라도 엄청나게 다양한 현실적인 결과들을 만들어 낼 수 있고, 이것이 복잡성의 본질이다.

 

20. 복잡계는 무질서와 질서 사이를 자유롭게 움직일 수 있다. 따라서 '일단의 질서(pockets of order)"를 드러낸다고 이야기할 수 있다. 이러한 일단의 질서가 나타나는 것은 시스템을 예측하고 통제할 수 있다는 점에서 매우 중요한 함의를 가지고 있다.

 

21. 도시의 스카이라인에서도 비슷한 설명이 성립한다. 적어도 도시 계획가들이 맡은 바 일을 하고 있다면, 어떤 건물의 높이와 형상은 주변 건물과 어울리도록 선택될 것이다. 이미 우리는 음악적 취향을 판정할 때 미학적으로 만족스러운 프랙탈을 발견한 바 있으니, 이제 만족스러운 도시 스카이라인 또한 그런 프랙탈에 해당한다고 해서 놀랄 일도 아니다. 심지어 예술도 프랙탈의 한 형태이며, 우리가 가장 흥미롭다고 느끼는 예술 또한 완벽한 질서와 완벽한 무질서, 다시 말해 완벽하게 따분한 경우와 완벽하게 이해할 수 없는 경우의 중간 지대에 있다.

 

22. 과학적 연구는 무언가를 관측하고, 측정하고, 이에 대한 모형이나 이론을 만들고, 그리고 이것이 관찰한 바와 배치되지는 않는지 검증하는 것이다.

 

23. 우리 주변에 보이는 것들, 이를테면 교통, 금융시장, 심지어 우리 자신은 질서와 무질서 사이의 중간 지대를 차지고하고, 어떤 보이지 않는 손이나 중앙통제자 없이도 가끔식 이쪽저쪽으로 몰려갔다가 다시 돌아오고는 한다. 복잡계를 복잡하게 만들고, 우리가 복잡성이라고 정리해 부르는 것은 바로 이러한 특징의 창발이다. 그리고 이런 놀라운 특징 이면에 있는 마법의 요소는 되먹임(feedback)이다.

 

24. 복잡계는 어떤 주어진 순간에 하나 또는 혹은 또 다른 형태로 되먹임을 주거나 받을 수 있는 존재들의 집합체를 가리킨다. 또한 실제 세계 시스템에서의 되먹임은 시스템 자체 내부뿐 아니라 외부에서도 올 수 있다.

 

25. 장기를 형성하는 세포의 집합체에서, 인간과 동물을 형성하는 장기의 집합체, 군중을 형성하는 사람과 동물의 집합체에 이르기까지 모든 살아 있는 존재의 집합체에서 생겨나는 복잡성의 궁극적인 원천은, 개별적으로건 전체적으로건 이들 대상이 만들어 내는 고유한 되먹임이다.

 

26. 인간 집합체가 행동하는 방식은 지리적 위치, 배경, 언어 문화면에서의 개인차에 불구하고 놀라우리만큼 비슷하다. 이것이 이런 복잡계에서 나타나는 패턴틀이 그토록 유사한 이유중 하나이다. 이는 전문용어로 "창발현상은 몇 가지 보편적인 특성을 갖고 있다"고 표현할 수 있다.

 

27. 서로 간의 되먹임이나 상호작용에 대한 의존성이 사라지면 전반적인 시스템은 그것의 복잡성을 잃어버린다.

 

28. 복잡계 및 복잡성의 핵심은 되먹임(feedback)이다.

 

29. 네트워크가 나타낼 수 잇는 내부 상호작용과 행태는 매우 광범위해서, 하나의 복잡계도 다양한 네트워크 모양 또는 '구조'를 만들어낼 수 있다. 특정 유형의 복잡계에서는, 네트워크가 연결되는 방식이 특정한 패턴을 따르는 것처럼 보이기도 한다. 예를 들어 많은 사회적 연결망, 교통 및 정보 네트워크는 특정한 존재, 즉 노드들이 다른 것들보다 훨씬 더 많은 연결을 가진다. 이들 존재들은 연결되어 있는 많은 다른 존재에 대해 허브로서 기능한다.

 

30. 금융시장을 하나의 실체, 그러니까 본질적으로 가상의 정보 세계에 놓여 있는 하나의 본질적인 복잡계로서 볼 수 있다는 생각을 강하게 지지해 주는 것이다. 시장을 밀어 주는 것은 실재하는 물체가 아니라 정보이다. 그러나 그에 대한 반응은 실재적이고 측정 가능한 것이다.

 

31. 복잡성은 질서와 무질서가 미묘하게 섞여 있음을 나타내는 것이며, 복잡계는 스스로 이 두 극단 사이를 어떤 외부의 도움 없이도 왔다갔다 할 수 있다. 또한 복잡계의 핵심 요소는 되먹임(feedback)이고 이는 기억의 형태로 과거로부터 올 수도 있고, 정보의 형태로 네트워크 연결을 통해 다른 지점에서 올 수도 있다. 또한 그들 사이에 네트워크 연결이 있을 수도, 없을 수도 있는 의사결정 주체들은 집합체를 이용하여 복잡계의 정수를 만들어낸다.