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나비효과, ‘작은 사건 하나에서 엄청난 결과가 나온다’ 라는 뜻…‘기상학자 로멘츠 수치 모델 개발하기도’

  • 이예지 기자
  • 승인 2019.05.18 03:34
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[이예지 기자] 나비효과에 대한 네티즌들의 관심이 뜨겁다.

나비효과란 브라질에 있는 나비가 날개를 한 번 퍼덕인 것이 대기에 영향을 주고 또 이 영향이 시간이 지날수록 증폭되어, 긴 시간이 흐른 후 미국을 강타하는 토네이도와 같은 엄청난 결과를 가져온다는 예에 빗댄 표현이다.

'작은 사건 하나에서 엄청난 결과가 나온다'라는 뜻으로, 지구 한쪽의 자연 현상이 언뜻 보면 아무 상관이 없어 보이는 먼 곳의 자연과 인간의 삶에 커다란 영향을 미친다는 이론이다.

이 이론은 미국의 기상학자 에드워드 로렌츠가 1961년 기상 관측을 하다가 생각해 낸 것이다. 변화무쌍한 날씨의 예측이 힘든 이유는, 지구 어디에서인가 일어난 조그만 변화로 인해 예측할 수 없는 날씨 현상이 나타나기 때문이라고 설명했다.

로렌츠는 대기 현상을 설명하기 위해 기온과 기압, 기압과 풍속 등을 나타내는 방정식을 만들어 컴퓨터 시뮬레이션을 했는데 이상한 결과가 나타났다. 무시할 수 있을 만큼 작은 수치의 차이가 전혀 엉뚱한 그래프를 그려 놓은 것이다. 0.506127 대신 0.50613이라고 입력하면 전혀 다른 그래프가 그려졌다. 이로써 무시할 수 있을 만큼 작은 변수도 기상 현상에서는 엄청난 변화를 가져온다는 것을 알게 되었다.

로렌츠는 이 현상을 더욱 극적으로 표현하기 위해서 수학적으로 모델화하여 나비 효과를 잘 설명할 수 있는 수치 모델을 개발하기도 했다.

브라질에서 나비의 날갯짓이 텍사스에서 토네이도를 일으킨다, 중국 북경에서 나비의 날갯짓이 뉴욕에서 폭풍을 일으킨다 등 지역을 달리하는 여러 버전이 있지만, 공통점은 ‘초기 조건에 대한 민감성’이다.

성경 욥기 8장 7절에 나오는 ‘시작은 미약하였으나 끝은 창대하리라’라는 구절은, 맥락이 다소 다르기는 하지만 미미한 출발이 종국적으로는 거대해진다는 의미에서 나비효과와 상통한다고 볼 수 있다.

나비의 날갯짓이 연쇄적으로 큰 파장을 일으키면서 결국 큰 변화를 가져오는 과정을 예시하면 다음과 같다. 나비 한 마리의 날갯짓은 바로 옆에 있는 작은 벌레를 나뭇잎에서 떨어뜨려 그 아래에서 놀고 있는 원숭이 털 속에 떨어지게 한다.

원숭이는 그 벌레로 인해 가려워 긁다가 옆의 열매를 떨어뜨리고, 열매는 돌에 부딪쳐 돌을 구르게 한다. 돌은 큰 바위를 지탱한 작은 돌을 쳐서 밀어내면서 작은 산사태를 일으킨다. 이런 변화는 물의 흐름을 바꾸어 화산의 구멍을 막고 약한 지반을 꺼지게 하면서 화산 폭발을 일으킨다.

화산재는 부분적으로 대기의 기류를 바꾸어 큰 대기압 차이를 일으키고, 급기야 대류 변화를 일으켜서 지구 반대편에 커다란 폭풍을 일으킨다. 특히 오늘날과 같은 세계화 시대에서는 ‘나비효과’가 더욱 강한 파급력을 가질 수 있다. 인터넷으로 연결되어 있는 지구촌 한구석의 미세한 변화가 순식간에 확산되기 때문이다.

네이버 제공
네이버 제공

나비효과는 대중문화에서도 자주 등장한다. 나비효과는 2012년 발표한 가수 신승훈의 〈라디오 웨이브(Radio Wave)〉 앨범에 수록된 노래 제목이기도 하다. 2004년 개봉된 〈나비효과〉는 카오스 이론을 소재로 한 영화이다.

주인공 에반은 어린 시절로 되돌아가 자신의 가슴 아픈 과거를 바꾸어보는데, 그럴 때마다 현실에서는 뜻하지 않은 엄청난 변화를 겪게 된다. 과거의 사소한 행동과 상황 변화는 바로 초기 조건의 변화에 해당하는데, 그에 따라 이후의 인생은 극적으로 달라지기 때문에 ‘나비효과’라는 제목이 잘 어울리는 영화이다.

스티븐 스필버그가 감독한 1993년 영화 〈쥬라기 공원〉에도 카오스 이론이 등장한다. 사업가 존은 화석에 갇힌 모기의 피에서 공룡의 DNA를 채취해, 개구리의 유전자와 결합시키는 방법으로 6,500만 년 전의 공룡을 재현시키고, 쥬라기 공원을 만들어 큰돈을 벌 계획을 세운다. 카오스 이론에 정통한 수학자 말콤은, 공룡을 복원하여 공원 속에 가두고 철저히 관리한다 해도 자연에 내포하는 예측 불가능성은 관리할 수 없다고 경고한다. 인간이 아무리 완벽을 기하려고 해도 사소한 오차는 생기기 마련이며, 자연 세계에서의 미세한 오차는 결국 엄청난 재앙을 가져올 것이라는 나비효과를 경고한 것이다.


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