Transcript 물질과 생명2_3강.(4)

3강 과학의 새로운 눈 (복잡성의 과학)
2004년 12월 26일 수마트라 대지진 (리히터 강도 9.0)
일본 후쿠시마 원전 폭발 (2011. 3. 10)
경제, 정보 등
세계의 다양한 위기
2002년 월드컵 ‘붉은 악마’
제러드 다이아몬드
Gerard Diamond
(1937- ~ )
거시적 질서: 거듭제곱법칙(power law)
Power law의 예들
- 제임스 조이스의 소설 <율리시즈>에 등장한 단어들의
1위: the (9%), 10위: I (1%), 100위: say (0.1%) …
- 지진(전쟁) 빈도와 강도의 관계
- 달에 형성된 분화구 지름분포 등
열역학의 구분
1. 평형상태의 열역학 혹은
평형상태에 가까운 상태.
(선형 비평형 열역학)
2. 평형으로부터 멀리 떨어진 비평형
(비선형 비평형 열역학)
I. Progogine(1917-2003)
열역학의 시인
77년 노벨화학상수상
- 완전한 질서도, 완전한 무질서도 아닌 상황에서
새로운 질서 구조가 창발적으로 생성된다.
(산일구조의 자기조직화)
* 산일구조 : 주위로부터 에너지를 받아들이는 대신
엔트로피를 산일(흩어지게 함)시킨다는 의미.
https://www.youtube.com/watch?v=6w8u9YzZXNM
https://www.youtube.com/watch?v=OM0l2YPVMf8
https://www.youtube.com/watch?v=IBa4kgXI4Cg
복잡성 (complex)
‘pleko’ : 엮는다 + ‘com’ : 함께
“함께 엮임으로써 혼란스러워 보이지만 질서정연한 상황”
복잡계의 특징
1. 상호작용하는 구성요소가 매우 많다.
2. 상호작용이 비선형적이다.
3. 되먹임(feedback) 고리를 형성
4. 열린 시스템 (경계 불분명)
5. 복잡계의 구성요소 또한 복잡계이며, 적응성을 갖는다.
(인간 개체 – 세포)
자기조직화된 임계현상(self-organized criticality)
구성요소들이 서로 다른 방향으로 이끌어가려는 요인이
정확히 팽팽하여 균형을 이루고 있는 지점을 임계점이라 한다.
균형이 깨질 때 일어나는 거시적 현상을 임계현상이라고 한다.
임계점에 접근하면 요소들 간의 상호작용이 긴밀해지고
영향을 미치는 범위가 증가한다. 임계점을 넘어가면
거시적 현상으로 증폭된다.
(지진, 눈사태, 화산폭발, 주식시장붕괴, 생물 종의 멸종 등)
복잡적응계(complex adaptive system)
동시에 각 구성요소들이 경험을 통해 학습하고 변화한다.
이들은 서로 끊임없이 행동하며 다른 행위자의 행동에
반응한다. 전체적 통제는 집중되어 있지 않다.
만일 어떤 일관된 특징이 나타난다면 이것은 행위자들
사이의 경쟁과 협력으로부터 나온 것이다. 즉 매순간 많은
개체 행위자들의 결정이 모여 만들어낸 것이다.
예)
- 생태계
- 인간과 동물의 뇌
- 주식시장
- 군집곤충(개미, 벌 등)
- 면역 시스템
튜링 ‘형태형성’:
아무런 구조가 없는 구형의 배아 세포로부터
발생 과정에서 어떻게 복잡한 구조가 나타나는가?
1952년 논문 “형태 형성의 화학적 기초”
Alan Turing
(1912-1954)
발생 과정에서 애초에 없었던 패턴이 어떻게
만들어지는가?
두 화합물로 이루어진 액체:
A - 자체 촉매적 화합물
(A가 많을수록 더 많은 A가 생성, 양의 feedback)
B - 화학반응을 방해하는 물질 (inhibitor)
두 물질이 생성되면서 다른 곳으로 확산되어 나간다.
여러 영역에서 얼마나 많은 A, B가 있는가?
https://www.youtube.com/watch?v=xSEeLznRyxk
화합물 A : 붉은 색, 화합물 B : 녹색
초기에 균일하고 형태가 없는 액체가 녹색 바다(B)에 붉은 점(A)이
찍힌 패턴이 자발적으로 (자체조직화, self-organization) 나타난다.
Dynamical process (sink, source)
이 패턴은 끊임없이 A, B가 공급되고 빠져나가면서 안정적으로
유지된다. (비평형상태)
생명의 여섯번째 정의 :
자체생성적(autopoiesis) 정의
- 마투라나, 바렐라
생리적 정의와 유사하지만 자신을 유지하는데
강조점을 둔다.
“하나의 체계는 이것이 외부의 물질/에너지를
내부 과정 속으로 전환시켜 자체를 유지하고
자신의 성분들을 생성해낼 수 있을 때
살아있다고 할 수 있다.”
Humberto Maturana
(1928 ~ )
Francisco Varela
(1946 – 2001)