나비효과란?

 

                                                   

 

                   나비 효과 (butterfly effect)

 나비 효과라는 용어를 처음으로 사용한 사람은 미국의 기상학자인

에드워드 로렌츠로 알려져 있다. 로렌츠가 1979년 미국 워싱턴에서 열린

한 발표장에서 '브라질에 있는 나비의 날갯짓이 미국 텍사스 주에 발생한

토네이도의 원인이 될 수 있을까?'라는 제목의 논문을 발표하면서 나비 효과란

말이 일반인들에게 널리 퍼지기 시작하였다. 또 로렌츠는 카오스를 처음 발견

한 학자로도 유명한데 그는 카오스를 연구하는 과정에서 나비 효과를 발견하게

되었다. 로렌츠가 카오스와 나비 효과를 발견한 과정은 다음과 같다.

미국 MIT대학 교수로 재직하고 있던 로렌츠는 항상 한 가지 의문을 갖고

있었다. 현대과학이 일식이나 월식 같은 천체 운동, 로켓 운동 등은 정확하게

예측하면서도 왜 유독 날씨만은 정확하게 예측하지 못하는가?

이 질문에 답하기 위해 로렌츠는 1960년경 날씨 변화를 설명할 수 있는

간단한 기상 모델을 만들었다. 로렌츠는 지표면으로부터 열을 받아 대기가

가열되고 대기의 움직임이 날씨를 결정한다고 생각했다. 이 모델에서 날씨는

오븐 위에 올려놓은 물이담긴 냄비를 가열할 때의 물의 운동과 매우 유사하다.

약하게 가열하면 물은 이동하지 않고 가만히 있지만 불을 강하게 하면 물이

대류를 일으키며 움직이기 시작한다. 이후 열을 계속 가하면 물은 부글거리며

격렬한 운동을 보인다.

 로렌츠의 기상 모델은 일기 예보를 위해 현재 기상청에서 사용하는 복잡한

수학 모델에 비하면 매우 유치하기 때문에 흔히 장난감 모델이라고 부른다.

로렌츠는 스스로 고안한 기상 모델을 이용하여 기상 모델의 성질을 조사했는

데, 지표면에 의한 대기의 가열정도에 따라 다양한 날씨의 변화가 관찰되었다.

지표면에 의한 가열이 작을 경우 기상 변화가 전혀 없었다. 그러나 대기가

좀 더 가열되면 삼한사온과 같이 주기적인 기상 변화가 일어난다.

즉 3일 동안은 온도가 낮았다가 4일 동안은 따뜻해지는 일이 정확히 반복된다.

따라서 다음 주의 날씨를 정확히 예측할 수 있었다.

그런데 대기를 더 가열하자 놀라운 일이 관찰되었다. 아무리 시간이 지나도

날씨가 반복되지 않고 매우 불규칙하게 변화하였다. 다시 말해 날씨가 늘

변화하고 있어서 1주일 뒤의 날씨를 예측할 수 없었다.

이와 같이 끊임없이 불규칙하게 변화하는 것을 현대과학에서는 카오스라고

부른다. 카오스는 늘 변화하고 반복되지 않기 때문에 예측하기 어렵지만

카오스에 숨겨진 또 다른 성질이 예측을 더 힘들게 한다.

이 또 다른 성질이 바로 나비 효과이다.

기상을 예로 들어 설명하자면 나비 효과란 중국 북경에서의 나비의 날갯짓

같은 작은 변화가 대기에 영향을 주고 또 이 영향이 시간이 지날수록 증폭되어

긴 시간이 흐른 후 미국 뉴욕을 강타하는 허리케인과 같은 엄청난 결과를

가져온다는 것을 말한다. 나비 효과를 뒤집어 보면 만약 이 나비가 가만히

꽃에 앉아 있었다면 허리케인이 뉴욕을 지나는 일이 없었을 것을 의미하기도

한다. 이처럼 카오스는 스스로 불규칙하게 변화할 뿐만 아니라 나비 효과와

같이 작은 차이가 엄청난 결과를 가져오기 때문에 카오스를 장기적으로 예측

하기는 불가능하다. 카오스의 변덕스런 성질과 카오스 속에 숨겨진 나비 효과

때문에 한 달 후, 또는 일년 후의 일기예보는 불가능하다. 일기예보에 관한한

최첨단의 현대과학을 동원한 장기예보나 관절염에 걸린 노인들의 예측이나

정확성에서 별 차이가 없다고 해도 지나치지 않다.

단지 하루나 1주 후와 같은 단기예보에서는 현대과학이 성공을 거두고 있다.

 

 로렌츠의 이러한 생각은 기존의 물리학으로는 설명할 수 없는, 이른바

'초기 조건에의 민감한 의존성', 곧 작은 변화가 결과적으로 엄청난 변화를

일으킬 수 있을지도 모른다는 사실을 보여준 것이다.

이렇듯 카오스 이론은 작은 변화가 예측할 수 없는 엄청난 결과를 낳는 것처럼

안정적으로 보이면서도 안정적이지 않고, 안정적이지 않은 것처럼 보이면서도

안정적인 여러 현상을 설명하려는 이론이다. 즉, 겉으로 보기에는 한없이

무질서하고 불규칙해 보이면서도, 나름대로 어떤 질서와 규칙성을 가지고 있는

여러 현상을 설명하려는 것이다.

 

 오늘날 세계화 시대에서 나비 효과는 더욱 강한 힘을 갖는다.

디지털과 매스컴 혁명으로 정보의 흐름이 매우 빨라지면서 지구촌 한 구석의

미세한 변화가 순식간에 전세계적으로 확산되는 것 등을 그 예로 들 수 있다. 즉, 자연계라는 혼돈에서는 다양한 소용돌이가 일어나는데 큰 사건 뒤에는

처음엔 감지조차 되지 않은 작은 변화에서 비롯된다는 뜻이다.

따지고 보면 기상의 경우만 그런 것이 아니고 우리 인간사회의 모든

분야에서도 이러한 이론이 적용된다.

[ 주식, 경제 등에 미치는 나비 효과 ]

 이를테면 나비의 날갯짓 정도에 불과한 태국의 통화 정책 변화도 예전에는

기껏해야 타이 부근의 남아시아 지역에나 영향을 미쳤지만 지금은 전세계적으

로 가장 큰 주식시장인 미국에까지 영향을 미치고 있다는 것이 한 예가 될 수

있다.

[ 인간관계에 미치는 나비 효과 ]

 목욕탕에서 어떤 여자 아이를 보았다. 팔에 까만 점이 있었는데, 지름이 1.5

센티미터쯤 되는 약간 큰 점이였다. 순간 나는 '저 아이가 저 점 때문에 평생

열등감을 가지고 살겠구나' 하는 생각이 들었다.

그래서 아이에게 자신감을 주고 싶었다.

"어머. 참 예쁘네. 몇 학년이야?"

"초등학교 이학년이요"

"엄마랑 목욕 왔니?"

"네. 근데 엄마는 지금 사우나에 들어가서 주무세요"

"아줌마가 보니깐 넌 얼굴이 참 예쁘다.

그리고 이 팔에 있는 점도 너무 예쁘다. 너도 이점이 맘에 들어?"

 순간 아이는 인상을 찌푸리며 "미워요!"라고 말했다.

아이의 대답은 너무 단호해서,

절대 변할 수 없는 바위처럼 단단하게 느껴졌다.

난 "왜 미워?"하고 그 이유를 물었다.

"그냥요. 그냥 미워요.

하도 미워서 지워 버리려고 박박 문질러도 안 지워져요."

아이는 그 점하고 원수라도 되는 듯 고개를 절레절레 흔들며 싫다고 했다.

"근데, 우리 엄마가 그러는데요. 내가 게을러터져서 그렇대요.

삼신할머니가 빨리 엄마 뱃속에서 나가라고 하는데, 내가 잠만 쿨쿨 자고

안 나가니까 때려서 이렇게 점이 된 거래요."

맙소사! 아이가 그 점을 미워하는 데는 다 이유가 있었구나!

'뱃속에서부터 너는 게을러터진 사람' 이라고 엄마가 흉을 보기 때문에..

아이는 그 점이 너무나 싫은 것이다. 만약 엄마가 아이에게 "우와, 예쁜 점

좀 봐. 너는 조물주가 특별히 더 사랑하시나봐. 이렇게 예쁜 표시를 해 주신걸

보면! 이 까만 점은 너의 매력 포인트야!"라고 말해 주었다면 아이는 그 점을

사랑했을 지도 모른다.

- 아이 엄마는 아무 생각 없이 아이에게 농담을 건넸을 것이다.

그러나 사소한 그 말 한마디가 아이에게는 엄청난 충격이 된 것이다.