294. 물리학으로 보는 사회

 

 

 

 

제목: 물리학으로 보는 사회

글: 필립볼

번역: 이덕환

독서기간: 2019.10.11~2019.10.29

 

민서, 명서야~~ 오늘은 물리학 법칙이 실생활에 적용된다는 사실을 보여주는 책을 읽기 시작했단다. 우리 민서, 명서도 물리학 하면 머리가 아프지? ㅎㅎ 아빠도 그렇단다. 하지만 물리학의 법칙은 세상의 움직이는 다양한 방식을 보여주기 때문에 복잡하다 뿐이지 우리 실생활에서 늘 일어나고 있지. 물리학은 과연 우리 사회에 어떻게 영향을 미치고 있는지 살펴볼까?

 

1. 리바이어던의 출현-토머스 홉스의 잔인한 세상

《리바이어던》은 전에 읽었었지? 홉스는 불우한 어린 시절의 고난을 이겨내고 훌륭한 사회 사상가가 되었어. 그는 과학이 연역적 추리로부터 시작한다는 것을 알고 사회운영 방법도 이런 과학적인 사고로 이끌어 냈어. 이 책은 왕도 시민도 싫어했어. 권력자는 무한한 권력을 가져야 한다는 부분에서 왕은 좋아할 만 하지만, 이런 권력은 시민의 선거로부터 나와. 즉, 하늘의 전능한 권력을 물려받은 것이 아니기 때문에 언제든지 왕을 갈아치울 수 있는 거지. 시민들이 싫어한 이유는 탈종교적 성격 때문이야. 어떤 과학 이론도 유토피아를 만드는 방법을 가르쳐 주지 않지만, 설명을 제공한단다. 이런 이해를 통해서 우리는 더욱 명백한 비전을 가지고 선택할 수 있게 되기를 바란다고 저자는 말하고 있어.

 

2. 더 작은 힘-물질에 대한 기계론적 철학

원자의 개념을 처음 주장한 사람은 기원전 440년 그리스 철학자 레우키포스였어. 그리고 1763년 로저 요셉 보슈코비치(1711-1787)라는 세르비아 예수회 신부가 역학적 원자론의 궁극적인 의미를 밝혀냈어. 그리고 프랑스의 과학자 니콜라 레오나르 사디 카르노(1796-1832)는 열역학이라는 새로운 분야의 바탕을 세웠지. 그 후 독일의 물리학자 루돌프 클라우지우스(1822-1888)는 열역학의 제2법칙인 열은 언제나 뜨거운 곳에서 차가운 곳으로 흐른다는 것을 설명했어. 또한 우리가 《최무영 교수의 물리학 강의》에서 읽었던 엔트로피라는 개념도 찾았어. 루돌프 클라우지우스는 기체 운동론의 근거를 마련했고 1850년대에 등장한 기체 운동론은 스코틀랜드 물리학자 제임스 클러크 맥스웰(1831-1879)이 완성했어. 맥스웰의 큰 공로는 물리학에 통계를 접목시켰다는 것이야. 뉴턴의 결정론에서 통계적 과학으로의 변화가 사회 물리학이 가능하도록 해주었어. 과학자와 철학자들이 사회현상 자체가 근본적으로 통계적 현상이라는 사실을 깨닫지 못했더라면 더 많은 어려움이 있었을 것이라 저자는 말하고 있단다. 눈에 보이지 않는 법칙을 찾아내는 것은 사실 21세기에 사는 아빠에게도 상상이 가지 않는단다. 이들은 얼마나 책을 많이 읽고 또 생각을 얼마나 많이 했을까?

 

3. 큰 수의 법칙-무작위성에서 시작되는 규칙성

큰 수의 법칙은 바로 통계학에 관한 이야기야. 홉스의 제자였던 윌리엄 페티가 정치 산술이라는 용어를 사용하고 그의 친구인 존 그란트는 사회적 수에 대해서 연구했어. 이렇게 통계는 사회학에서 자리를 조금씩 넓혀 갔단다. 이렇게 통계는 개개인의 행동에 대해서는 모르지만 집단의 평균에 대해서는 알 수 있다는 이야기야. 맥스웰은 이런 통계학에 착안하여 원자를 설명했어. 원자 또한 개개의 원자의 성질은 모르지만 원자 집단의 성질을 알 수 있다는 거야. 이런 것이 바로 통섭이야. 한 분야의 아이디어를 이용해 다른 분야까지 적용시키는 방법말이야. 하지만 사회학에서의 통계는 개개인의 자유의지를 드러내지 못하는 큰 약점을 가지고 있단다. 인간 개개인의 인격은 존중되어야 한다고 하는데 집단으로의 인간만 볼 수는 없지 않겠니. 통계와 확률은 같은 분야에서 사용한다는 것은 모순과 같지만 양자역학은 확률론적 물리학이고 뉴턴 역학의 결정론적 세계를 무너뜨렸어. 큰 문제는 통계를 자기에게 유리하게 만들고 정치에 이용한다는 거야. 현대에서 통계의 힘은 무척이나 크단다.

 

4. 거대한 이변-어떤 일들이 동시에 일어나는 이유

평형된 상태에서 고체, 액체, 기체 사이의 갑작스러운 변화를 상전이라고 해. 반데르 발스는 물질의 액체 상태도 통계역학의 범위에 들어가게 만들었어. 그의 이론은 임계점보다 낮은 온도에서 기체와 액체가 일반적으로 상전이에 의해서 어떻게 연결되는지를 설명해 주고 있어. 임계점을 기준으로 나타내는 평균적인 분포는 일반적인 정보를 제공해 주지. 이 그래프는 한 도시의 12살 여자 어린이 키의 분포라던가 또는 남자 어린이 키의 분포등 같은 형태로 나타나고 있어. 기체가 어떤 거동을 보이는지에 대한 연구에서 잉태된 맥스웰과 볼츠만의 통계역학은 통계물리학이라는 분야로 변해버렸어. 통계물리학은 전통적으로 무생물적인 물질이 임계 전이를 비롯한 상전이의 과정에서 어떤 거동을 보이는지에 관심을 가져왔어. 이 분야의 과학은 엄청난 수의 입자들이나 분리된 부분으로 구성되어 있으면서 서로 상호작용해서 평균 거동만이 문제가 되는 계를 다루기 때문에 통계적일 수밖에 없어. 이는 인간 사회에서도 이어지며 영향을 키워왔단다.

 

5. 성장과 모양에 대하여-모양과 조직의 창발

일리야 프리고진의 예측에 따르면, 연속적인 가지치기 점들을 통해서 비평형 정류 상태에 도달하게 돼. 각각의 가지치기 점에서 계는 두 가지 길 중의 하나를 선택하며 모습을 갖춰나가지. 이는 우리의 인생과 비슷해. 각각의 기로에서 우리는 선택을 하고 또 기로에서 선택을 하며 현재의 내 모습으로 살고 있어. 마츠시다 미츠구는 박테리아 세포가 비평형 성장 과정에서 풍부하고 다양한 집단적 거동의 패턴을 발견했어. 이런 모습을 보며 우리네 인간 사회와 연관이 되지 않을까?

 

6. 이성의 행진-집단적 거동에서의 우연과 필연

1971년 시드니 대학교의 L.F. 헨더슨은 사람들의 집단적인 움직임의 통계적 성질이 맥스웰-볼츠만의 기체 운동론을 따르는지 알고 싶었어. 그는 움직이는 집단을 살펴보니 모든 경우에 속도가 맥스웰-볼츠만 곡선에 아주 잘 들어맞았어.

신기한 것은 도시가 팽창하는 모습은 박테리아의 프랙탈이 팽창하는 모습과 유사하다는 거야. 그래서 미국의 경제학자 허버트 사이먼은 핵심적인 도시 계획이 없다고 해서 도시가 나쁘게 설계되는 것은 아니라고 했어. 저자는 오늘날 도시의 성장을 규제하는 법이 많은 도시들을 망쳐버려서 훌륭한 도시는 거의 찾아볼 수 없다고 했어. 아빠도 전보다 더 서울이 답답하게 느껴진단다.

 

7. 도로에서-냉혹한 교통의 동력학

나겔-슈렉켄베르크 모델은 물리학을 이용해서 교통 문제를 이해하려고 했던 최초의 시도야. 물리학을 이용하여 교통의 흐름을 세 가지 단계, 즉 자유 흐름, 동기화된 흐름, 혼잡 흐름이야. 자유 흐름에서 자동차의 밀도가 높아지면, 동기화된 흐름으로 가게 되고 시간이 더 지나면서 자동차 밀도가 증가하면 혼잡 흐름으로 변하게 돼. 하지만, 운전자들이 일정하게 차선을 유지하고 합리적으로 운전한다면 동기화된 흐름이 이어지면서 자동차가 원활하게 달릴 수 있다고 해. 그러면서 저자는 자율주행 자동차가 나온다면 동기화된 흐름이 이어질 확률이 높다고 했어. 인간은 너무나 다른 성향을 가지고 있어 누군가 갑자기 브레이크를 밟으면 정체가 시작된다고 해. 헬빙, 트라이버, 헨네케는 자신들이 예측했던 모든 상태들이 실제와 같다는 것을 알고 환호했지. 이런 물리학을 이용하여 교통의 흐름을 예측하고 조정할 수 있다니, 물리학의 다른 면에 놀라게 되었단다.

 

8. 시장의 리듬-경제계의 불확실한 숨겨진 손

애덤 스미스의 '시장의 보이지 않는 손'은 경제의 균형을 이루는 핵심이야. 시장에 문제가 생기는 것은 누군가 간섭을 했기 때문이라는 랠프 월도 에머슨의 주장도 있어. 문제는 그 법칙이 무엇인지 아무도 찾아내지 못했다는 거야. 경제학자들은 지나친 수학적인 정교함으로 현실과 동떨어진 주장만을 펼쳐왔어. 여기에 경제물리학이라는 새로운 학문이 돌파하려는 시도를 하기 시작했지만 다수의 경제학자들은 이에 동의하지 않았어. 경제학에 과학을 접목시킨 마르크스의 주장이 지금까지는 이루어지지 않았지만 시장이 불안정할 가능성이 높고, 회복과 침체 사이를 오락가락하게 된다는 시장에 대한 중요한 개념이 담겨 있어. 현재까지 경기 변동에 대한 모델을 개발하는 경우 도대체 그런 변동이 나타나는 이유를 알아내야 하지만 인간의 시시각각 변하는 탐욕과 공포가 예측을 빗나가게 만들고 있단다. 아빠 생각에는 이런 모델을 만든다 해도 인간의 탐욕과 공포가 그 모델이 맞지 않다는 것을 보여 줄 거야.

 

9. 행운의 행위자 -경제에서 상호작용이 중요한 이유

물리학으로 경제를 설명하는데 문제가 있어. 그건 인간은 선택을 하지만, 입자는 그렇지 않다는 거야. 하지만 개인적인 동기가 알려져 있지 않더라도 충분히 큰 집단에서는 규칙성이 나타날 수 있다고 초기의 통계자들은 이야기하고 있어. 인간 행동의 변덕스러움을 모델에 포함시키는 일을 포기하는 대신 이론학자들은 사람들이 완벽하게 예측 가능한 합리적인 자동 기계처럼 행동한다는 가정을 도입했어. 하지만 물리학자들은 그 반대로 인간 행동에 대한 더 현실적이고 덜 이상화된 설명을 도입하고 싶어 한다고 해. 경제 시스템은 상호작용이 무척 심해. 행위자들은 직접적으로 서로에게 영향을 미치며 거래를 한단다. 아담 스미스로부터 현대까지 많은 사람들은 시장에 간섭을 하지 말라고 한단다. 그건 간섭하지 않으면 시장의 보이지 않는 손이 균형을 이룬다는 거지. 이런 주장을 하는 대부분의 사람들은 기업인이야. 이 소리는 부를 독식하려는 거지. 아빠 생각에는 자유시장에 적당한 사회시장주의가 결합이 되어야 절대 빈곤층이 사라질 거라 믿고 있단다.

 

10. 희귀한 비율-임계 상태와 직선의 위력

반 데르 발스의 이론은 물질의 액체와 기체 상태의 구분이 사라지는 임계점의 존재를 설명해주고 있어. 임계점에서의 상태변화의 핵심은 요동이야. 요동에 의해 상태가 결정지어지기 때문이야. 이런 측면에서 생각해 볼 때, 경제도 임계점에 이르면 조그마한 요동에 의해 심하게 진동한다는 거야. 한 수(數)가 다른 수의 거듭제곱으로 표현되는 두 수의 함수적 관계를 의미한다는 멱법칙은 확률 분포 곡선이 직선이 돼. 조지 지프는 진정한 계몽주의 정신으로 인간 사회의 핵심에서 질서의 발견은 인간 의지를 넘어서 작동하는 자연적 설계의 존재를 암시하는 것이라 믿었어. 저자는 이런 생각은 신비주의와 크게 다르지 않다고 했지만 원자의 성질을 지배하는 것과 마찬가지로 사회의 여러 가지 면을 조직화하는 보편성을 무시할 필요는 없다고 했어. 그리고 실제로 "큰 수의 법칙"이 존재한다는 사실과, 그런 법칙 덕분에 두려울 정도로 다양한 세상에서 질서와 규칙성을 찾을 수 있게 되었다는 사실은 반가워해야 할 일이라고 했단다. 물리학의 세계는 우리 인간 사회와 많이도 닮았다는 생각이 더욱 많이 드는구나.

 

11. 여러 사람들의 일-기업의 성장

현대에서는 대기업이 소기업의 분야를 잠식해 가며 야금야금 점유율을 높이고 있어. 이런 이유로 빈부 격차는 점점 더 벌어지고 있지. 프랑스의 경제학자인 로베르 지브라는 로그 정규라는 수학적 형식의 규모 분포를 만들어 내며 기업 성장에 대한 이론적, 경험적 연구의 본보기를 제시했어. 결국, 그의 모델은 근본적으로 잘못되었지만, 경제학자들에게 산업 분야의 특별한 성질을 충분히 고려한 산업별 기업 성장 모델을 개발해야만 하는 숙제를 남겼어. 로버트 액스텔은 기업 성장 속도에 관한 통계가 멱법칙을 따른 다는 것을 발견했어. 이는 물리학과 기업 성장이 관계가 있다는 의미야. 기업의 성장이 그렇다면, 기업의 쇠퇴도 갑작스럽게 많은 기업이 사라진 후 점진적으로 쇠퇴한다고 해. 액스텔의 모델은 작업자들 사이에 일어나는 복잡한 상호작용을 고려하지 않지만 그 상호작용이 일정한 범위 내에 있기 때문에 큰 변수를 만들지 못한단다.

 

12. 클럽에 합류하기-경영과 정치에서의 연합

미시간 대학교의 정치과학자 로버트 액설로드는 통계물리학을 변형하여 이론을 만들었어. 인력과 반발력을 고려하여 기업들의 연합이 만들어지는 모델을 생각해 냈지. 그리고 이런 연구는 격변기의 유럽의 혼란기에 국가 간의 연합에 대한 이론도 제공했어. 놀랍지 않니? 무생물의 법칙인 물리학이 이런 인간의 세계 영역을 암시한다는 것이... 믿기지 않지만 이 모델을 이용하여 미래에 대한 예측을 할 수도 있다고 해. 세상이 돌아가는 것에도 법칙이 존재한다는 거야.

 

13. 결정의 계곡에서 나타나는 다중성-집단적 영향과 사회 변화

물리학은 선거에서도 영향력을 발휘한단다. 선거는 한 국가의 운명을 좌우하는 아주 중요한 행사이기 때문에 어떤 방식의 선거를 하는지가 굉장히 중요해. 그리고 지금도 많은 학자들이 올바른 선거를 위해 연구를 하고 있어. 그리고 위와 마찬가지로 투표의 통계는 멱법칙을 따르고 있어. 이렇게 연구를 해 본 결과, 어떤 선거 메커니즘도 모든 논리적 조건을 만족시키지 못해. 결국, 민주주의가 부패를 막는 그나마 가장 나은 형태라는 거야. 범죄와 형벌의 관계에서 고범죄와 저범죄 사이의 갑작스러운 변화는 압력을 조금만 변화시키더라도 액체와 기체 사이의 1차 상전이를 갑자기 일어나게 만들 수 있는 물리학 법칙과 동일하단다.

 

14. 문화의 식민지화- 세계화, 다양성, 합성 사회

문화적 확산은 상호작용으로 인하여 서로 공통된 특성이 있으면 점차적으로 통일된 문화를 보여주고 있어. 이는 문화적 특성의 수에 따라 주위의 다른 문화와 전혀 동떨어진 문화가 되기도 하고 통합이 되기도 해. 이는 브루킹스 연구소의 로버트 액스텔과 조슈아 엡스타인이 고안한 슈거스케이프 프로그램의 모의실험으로 예측이 맞는지 확인할 수 있어. 이를 통해 어느 특정한 모델에서만 얻어지는 것과, 좋은 모델 모두에서 얻어지는 것을 구별할 수 있어야만 하고 물리학은 그런 문제에 대한 경험을 가지고 있단다.

 

15. 작은 세상들-우리를 결합시켜 주는 네트워크

케빈 베이컨 게임은 사회적 상호작용 네트워크에 관한 모델이야. 우리의 세상이 규칙적인 네트워크로 연결되어 있다고 생각하겠지만, 사실은 무작위적 그래프로 연결되어 있단다. 무작위적 그래프가 꼭지점간의 거리를 더욱 좁혀주고, 이런 네트워크는 설계된 것이 아닌 그야말로 다윈의 자연선택설과 같단다. 하지만 연구자들에 따르면, 사회 네트워크의 구조가 이야기의 전부가 아니라고 해. 모델의 특성을 연결 고리 형성에 이용할 것인지의 여부는 그런 네트워크를 구성하는 사람들의 행동과 인식에 따라 달라지기 때문이야. 개인의 심리학을 무시하고는 사회물리학이 힘을 발휘할  수 없다는 뜻이지.

 

16. 웹 짜기-사이버 공간의 모양

1960년대에 미국 군대에서 비밀리에 개발했던 아르파넷으로 시작된 네트워크는 이후 세상을 뒤바꿔 놓은 인터넷으로 연결되었단다. 세상의 많은 것들이 인터넷과 연결되면서, 적국이나 경쟁 회사를 무너뜨리기 위한 시도는 자기 집에서 안전하게 할 수 있게 되었어. 그리고 이를 보호하기 위한 연구도 심화되고 있지. 그래서 이 네트워크의 구조가 아주 중요하단다. 이 구조의 중요 거점을 마비시키면 전체 네트워크가 끊어져 버린다면, 재앙이 찾아오기 때문에 최대로 연결된 시스템이 좋지만 이는 규모의 결여로 여의치 않아. 네트워크의 물리학은 역사가 아주 짧은 분야이지만, 우리의 사회적 패턴이나 조직에 적용되는 심오한 규칙을 보여 주었어. 질병의 전염이나 문화적 기준의 확산과 같은 변화의 과정에 대한 네트워크 위상학의 결과는 세상에 드러내고 있어. 문득 드는 생각은 세상은 잘 짜인 규칙적인 세상이 아닌, 전에 물리학 책에서 보았던 '혼돈'속에서 나름의 규칙이 있는 듯하구나.

 

17. 에덴의 질서-협력의 학습

인간은 자연상태로부터 자신을 보호하기 위해 국가라는 권력을 필요로 했어. 물론, 자연상태에 대한 홉스와 로크의 인식이 틀리기는 하지만 결국, 개인을 보호하는 도구로서의 권력이 필요하단다. 제2차 세계대전 당시 유럽의 서부전선에서 영국군과 독일군은 전쟁 중이었지만 서로 왕래까지 하며 평화를 유지했어. 이는 아빠가 전에 읽은 《이기적 유전자》에 나오는 게임이론에 적용될 수 있어. 결국 가장 우세한 전략은 Tit for Tat으로 맞대응 전략이야. 로버트 액셀로드가 주최한 게임이론에서 성공적인 전략의 네 가지 특징은 아래와 같아.

1. 먼저 변절하지 말라(고상해라).

2. 반드시 보복하라.

3. 너무 영리하게 행동하지 말라.

4. 너무 질투하지 말라.

 

위 네 가지는 단순히 보면 우리의 인생에서 염두해야 하는 것일 수도 있지만, 2번의 반드시 보복하라는 더 큰 위험 속으로 빠질 수 있단다. 핵폭탄에 대한 보복은 더 이상의 게임이 없다는 것을 명심하렴.

 

18. 파블로프의 승리-상호성이 우리에게 좋을까?

게임이론의 TFT전략이 우수하지만, 상대를 가리며 변절자 또는 협력자가 되는 파블로프 전략은 때로 더 뛰어난 것이 증명되었어. 하지만 변절자들은 집단을 이루면 이익을 볼 수 없기 때문에 늘 협력자 집단속에 위치하는 것이 가장 이롭지. 보복에 대한 것은 잘 사용하면 득이 되지만, 잘못 사용하면 한 번에 나락으로 떨어질 수 있어. 게임이론의 약점은 인간의 본성을 무시했다는 거야. 예전 미 국방부에서 게임이론을 이용하여 전략을 수립했다는 것은 인간의 본성을 무시했다는 것일까? 인간은 집단으로 사회를 구성하여 살아가기 때문에 상호성은 무척이나 중요하지만, 인간만이 할 수 있는 속임수를 조심해야 한단다.

 

19. 낙원을 향하여-천국, 지옥, 사회 계획

여러 사상가들이 이상사회를 꿈꾸어 왔지만, 지금까지는 모두 이룰 수 없는 이상일뿐이거나 제대로 작동하지 않았어. 과학은 도덕성과 윤리성을 위한 수단으로 사용되어야 하지, 과학 자체를 도덕과 연관시키면 그것은 죽은 과학이라고 했어.

'사회의 물리학이 기여할 수 있는 가장 긴급한 과제는 우리가 과연 더 힘들고 어려운 시절에 어렴풋이 짐작했거나 요구되었던 지혜와 열정으로 가득 찬 사회를 만들 수 있는가이다.'

 

민서, 명서야~ 이 책을 읽으며 다시 한번 한 분야뿐만 아니라 여러 분야를 알아야 더 전문성을 확보할 수 있다는 생각이 들어. 물리학은 아빠의 직업과 전~혀 관계가 없지만, 물리학을 이용하여 뭔가 새롭고 효율적인 업무 방법이 생길 것 같은 느낌이 들어^^

정말 과학은 이상적인 사회를 건설하는 수단이 되어야 하지, 과학을 목표로 해서는 모든 것을 그르칠 수 있단다.

 

2019.10.29.21:45.... 민서, 명서는 지독한 감기에 걸려 헤롱헤롱하고 있을 때.... 빨리 나아서 전처럼 까불까불하기를 바라는 아빠가~~