자연의 패턴

Patterns in Nature, 2016
  • 1장 대칭 : 왼쪽과 오른쪽이 닮은 듯 다른 이유
    도대체 패턴이란 무엇일까? 보통 우리는 그것을 계속해서 반복되는 어떤 것으로 생각한다. 대칭성의 수학은 이러한 반복이 어떤 모습인지 기술한다. 또한 왜 어떤 모양이 다른 모양보다 더 질서 있는지 이야기해 준다. 그렇기에 대칭성은 패턴과 형태를 설명하는 근본적인 과학 '언어'인 것이다. (14)

  • 2장 프랙탈 : 산이 두더지가 파 놓은 흙 두둑처럼 보이는 이유
    들쭉날쭉한 해안선을 척도(scale) 없이 들여다보고 있으면 그것이 1킬로미터에 걸쳐 길게 뻗어 있는 것인지, 아니면 10킬로미터, 100킬로미터를 뻗어 있는 것인지 알 수 없다. 이렇게 서로 다른 척도에서 구별할 수 없는 배열의 성질을 프랙탈(fractal)이라고 한다. 이것은 자연의 패턴이 가진 두드러진 특징 중 하나이다. (48)
    프랙탈 연결망은 정확히 말해서 '사이 차원(between dimension)'이므로 어떤 생물의 몸 전체를 채우지 않으면서 몸 전체에 퍼질 수 있어 특히 좋다. 또한 이러한 분지망은 에너지 측면에서 가장 효율적인 구조라는 것이 밝혀졌다. (54)

  • 3장 나선 : 달팽이와 해바라기의 비밀 수학
    자연의 도처에서 나선을 볼 수 있다. 앵무조개의 껍데기에서부터 소용돌이치는 기체, 나선 은하의 별들에 이르기까지. 그런데 그것들이 서로 공유하는 무언가가 있을까? 전체적으로 그렇다. 자연의 나선 대부분은 로그 나선이라 불리는 모양을 가진다. 이것은 프랙탈처럼 작은 부분이 큰 부분과 똑같아 보인다는 뜻이다. (...) 이것은 자연의 보편적인 디자인 중 하나이다. (80)

  • 4장 흐름과 혼돈 : 숨은 질서를 찾아서
    우주는 역동적이다. 항상 움직이고 있다. 기체와 먼지 구름이 휘돌아 뭉쳐 별들이 탄생한다. 물은 큰 고리를 그리고 소용돌이치면서 바다를 순환한다. 이것은 온도와 염도의 차이가 만드는 움직임이다. 대류 흐름이 공기를 휘저어서 구름과 제트 기류를 일으킨다. 강은 상류에서 하류로 흐르면서 가지를 쳐 나가는데 마치 우리 몸의 피가 지나가는 길과 비슷하다. 이처럼 많은 흐름이 난류이다. (108)
    강은 어떤 방법으로든 바다에 도달한다. 거기에는 자신만의 불변의 논리가 있다. 아름답다. (118)

  • 5장 파동과 모래 언덕 : 화학 시계가 지배하는 세계
    실질적으로 자연의 모든 것은 파동이다. 빛과 소리는 파동이다. 바다와 대기는 진동을 전달하고, 맥박은 심장과 두뇌 활동을 빠르게 한다. 양자 물리학에서는 물질을 이루는 가장 작은 입자가 상황에 따라 마치 파동처럼 움직인다고 말한다. 파동은 공간뿐만 아니라 시간에 대한 패턴이기도 하다. (142)

  • 6장 거품 : 벌과 건축가만 공유하는 비밀
    비누 막과 거품은 특별한 경제학을 보여 준다. 잡아당기고 밀어서 우아한 곡선과 구조와 모양을 만드는 힘이 어떻게 정확한 균형을 잡는지 가르쳐 준다. 자연은 때로는 유용하면서도 기발한 건축물을 짓기 위해 이런 패턴을 독창적으로 이용한다. (164)
    다윈은 육각형 벌집은 "노동과 밀랍을 절약하기 위한 정말 완벽한 선택이었다."라고 선언했다. (166)

  • 7장 결정과 타일 : 결정이 오면체가 될 수 없는 이유와 이슬람 타일 장인의 비결
    고대 철학자들은 세계를 신이 간단한 수학 법칙에 따라 지은, 근본적으로 기하학적인 세계라고 생각했다. 이것은 이해할 수 있는 가정이다. 질서정연한 모양을 가진 광물 결정을 생각한다면 말이다. (190)

  • 8장 균열 : 시간이 물체를 쪼개고 거인이 계단을 만드는 방법
    파손과 붕괴는 질서와 조직에 정반대되는 것처럼 생각된다. 하지만 놀랍게도 그것 역시 다양한 패턴과 구조를 만들 수 있다. (...) 균열은 성가신 것이 아니라 창의성의 원천이다. (222)
    균열의 기하학을 지배하는 것이 '최소화의 규칙'이다. 즉 균열은 수축하는 층의 응력을 가능한 한 효과적으로 해소하는 경로를 취할 것이다. (228)

  • 9장 점과 줄 : 표범에 얼룩점이, 얼룩말에 줄무늬가 생기는 이유
    지금 널리 받아들여지고 있는 설명은 이런 패턴들은 매우 다른 종류의 자연 현상에서도 작용하는 자기 조직화 과정으로 형성된다는 것이다. 사막의 연흔 형성 과정이나 동물이 군락에서 그 둥지를 만드는 과정에서 유사성을 찾을 수 있다. 달리 말해 그 패턴은 자연 선택과 적응의 산물이라 하더라도 생물학이 아니라 수학의 언어로 더 잘 설명할 수 있다는 것이다. (247)

자연의 패턴Patterns in Nature, 2016/필립 볼Philip Ball/조민웅 역/사이언스북스 20190216 288쪽 29,500원

필립 볼(Philip Ball)은 우리 모두를 '패턴 탐색자'라며 '자연계는 단순한 원리를 이용해 다양성과 풍부함, 다윈이 말한 "가장 아름다운 온갖 형태"를 만들어 낸다. 그 아름다움의 일부가 이 책에 담겨 있다(12)'고 했다. 정말 그렇다.

패턴을 담은 300컷의 사진을 보며 감탄할수록 자연에 대한 경외감이 깊어진다.


덧. 오탈자
253쪽 ~ 283쪽 상단 8장 점과 줄 → 9장 점과 줄

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