네트워크에 집중하는 과학계

우리가 사는 세계는 인터넷없이 살 수 없는 세상이 되었다. 그리고 인터넷은 우리 생활 곳곳을 지배하면서 누구나 네트워크라는 말을 입에 올리며 사용한다. 우리에게 이제 '네트워크'라는 말은 식상하다 할 만큼 많이 들어본 말일 것이다. 하지만 여전히 현대사회에서 핫한 영역인 것은 부인할 수 없다.

그중에서도 이슈로 다가온 것중에 복잡계 네트워크가 있다. 복잡계 네트워크는 2000년대 이후부터 사람들에게 폭발적인 관심을 끌게 되었고 의미심장한 이슈로서 모든 과학자들에게 다가왔다. 과학계의 새로운 지평을 열게된 이 복잡계 네트워크의 원리에 대해 알아보자.

우리에게 생소한 복잡계 네트워크

네트워크라는 단어는 많이 들어보았을 것이다. 네트워크는 '상호작용' 또는 '관계'라는 뜻이다. 세상의 모든관계가 여러점과 선으로 연결되어 있다. 우리가 살아가는 세상 대부분의 현상들이나 사건은 네트워를 통해서 상호작용하고 영향을 주고 받는다. 그런데 단순히 점과 선의 합으로만 설명할수 있다고 믿었던 네트워크에 설명할 수 없는 현상들이 새롭게 발견된것이다. 그러면서 복잡계 네트워크란 개념이 등장하게 된 것이다.

노드(점)과 선(링크) 몇개정도를 바꿔줌으로서 전체의 위상을 바꿀수 있고, 후발 네트워크가 선발 네트워크의 장점을 파괴시킬수 있다는 것이다. 이것이 복잡계 네트워크의 비밀인것이다.

언제부터 복잡계 네트워크는 주목받게 되었는가?

복잡계 네트워크라는 말은 어디서 왔을까? 이 말은 헝가리의 알버트 라즐로 바라바시에 의해 세상에 처음 알려지게 되었다. 바라바시는 1990년말에 웹페이지의 연결망구조를 분석하고 있었는데, 우연히  신봉해오던 한붓그리기 그래프이론과 전혀 다른 네트워크 패턴을 발견하게 된다. 기본원리는 변하지 않지만 그중에서도 커넥션이 많이 몰려있는 허브가 존재한다는 사실을 알았다. 그리고 그 허브를 중심으로 해서 다양한 연결망들이 비선형적으로 상호작용한다는 사실을 발견하게 되었다.

이해가 쉽게 이야기하면 이렇다. 고속도로망의 경우는 A라는 도시에서 E도시로 가기위해서는, B,C,D도시를 경유하는 구조이고 대체로 거점 도시가 균등하게 정렬되어 있는 구조이다. 하지만 비행기 항공만은 다르다.

A에서 E도시로 가기 위한 방법은 연결 횟수가 다양하다. 고속도록 망에서는 볼 수 없었던 '허브'거점이 중심이 되는데 방대한 연결망이 새 패턴을 형성하는 것이다. 이때부터 과학자들은 분야는 다르지만 비로서 네트워크의 중요성을 새로이 인식하게 되었고 주목하게 된 것이다.

서울대학교 물리학과 강병남 교수는 <폭발적인 여과 상전이 모형>이론으로 국내에선 처음으로 <사이언스지>에 논물을 게재한 교수이다. 그가 게재한 논문의 내용이 어떤 내용인지 보자.

먼저 상전이라는 용어의 뜻을 보면 물이 수증기로 증발하는 것처럼 물질의 상태가 변화되는 현상이다. 그러나 물은 어느순간 갑자기 한순간에 수증기로 변화는 것이 아니다. 서서히 가열되는 과정을 거쳐야만 변한다. 차가운물이 천천히 데워지다가 100도 이상 높은 온도에서 펄펄 끓게 된는 상태를 지나야 수증기로 변화게 된다. 다시말해, 변화에 필요한 온도나 열량의 조건들이 누적되게 되었을때야 증발하게 되는 것이다.

강병남 교수는 2010년 튀니지에서 발생한 재스민혁명을 예로 들었다. 혁명은 어느날 갑자기 일어나는것이 아니라 억제된 환경에서 변화하고자 갈망하던 욕구들이 오랜시간 쌓이고 임계점 순간을 지나면서 폭발하는 사회현상이라고 말했다.

차별화된 복작계의 키워드는 무엇일까?

통계물리학을 기반으로 시작되었던 복잡계 네트워크는 지금은 경제,경영학, 사회학,생물학 등 다양한 분야로 계속 확산되고 있다. 대부분 기존 어떤 연구분야가 성립되게 되면 그 주기가 대개 10년을 넘지 않는다. 하지만 복잡계 네트워크는 새로운 분야가 계속적으로 유입되고 있다.

이러한 이유는 복잡계 네트워크가 빅데이터를 기반으로 하는 오픈시스템이기 때문일것이다. 빅데이터는 무수히 많은 요소들이 자유롭게 연결되면서도 스스로 수렴하고 걸러내는 정화기능을 발휘한다는 점에서 상당히 흥미롭다.

빠져나가는 변수 요소까지 포함하며, 그 변화 요인들이 수천개 , 수억개 까지 될수도 있다. 상호작용에 의해 다양한 요소 요소들을 연결도 하며, 필터링을 통해서도 불필요한 요소를 스스로 제외시키면서 새로운 패턴을 형성해 나간다는 것이 복잡계 네트워크의 차별화된 핵심이다.

정보혁명이 시작된지 30여년이 흘렀다. 복잡계 네트워크가 세상에 알려 진것도 불과 십여년전이다. 여전히 풀지 못한 숙제들이 있을것이다.

복잡계 네트워크를 기반으로 하고 있는 빅데이터는 그동안 양자역학으로만 설명하지 못했던 많은 부분들을 예측했다.그리고 해결책을 제시했으며 이것이 4차혁명의 핵심이다.  매우 광범위한 빅데이터를 통해서 어떤 특별패턴을 찾는다는 것은 획기적인 성과이다. 하지만 빅데이터로 추론되는 원리를 수학적으로 설명할 수 없다는 한계도 가지고 있다.

이제 세상은 대중들이 만드는 강력한 패턴을 통해서 움직이는 현상이 뚜렷했다, 그러나 자율적으로 또는 수평적으로 형성되었던 데이터의 결과나 예측이 항상 옳고, 또는 최상인지에 대해서는 어느 누구도 확신할 수는 없는것이다. 이러한 과정을 컨트롤 할 수 있는 해결책을 찾는것이 또다른 숙제일것이다.

이러한 숙제를 해결한다면 4차혁명은 지금까지와는 비교할수 없는 폭발적인 시너지를 내게 될 것이다.

<서울대 강병남교수 인터뷰 참고>