The Lorenz attractor
예측가능성 : 브라질에 있는 나비의 날개 짓이 텍사스에서 토네이도를 일으킬 수 있습니까 ?
1963년, 지구 대기의 대류 문제에 매우 관심이 많았던 에드워드 로렌츠 (Edward Lorenz, 1917-2008)는 내재된 복잡성으로 유명한 유체 역학의 나비어-스톡스(Navier- Stokes) 방정식을 과감하게 단순화 하였다.
The Lorenz attractor
물리학자들이 처음 로렌츠 모델을 보았을때, 이 모델은 현실과는 동떨어진 지나치게 단순화한 모델이라고 여겼었다. 하지만 로렌츠는 이 모델이 아주 흥미롭다는 것을 곧 깨달았다. 이 모델로 부터, 두개의 거의 동일한 대기가 (로렌츠의 모델에서는 매우 가까운 두점을) 주어져 있을때 판이하게 다른 변화가 짧은 시간에 전개됨을 볼 수 있다. 즉 두개의 대기는 완전히 달라진다. 로렌츠는 그의 모델을 통하여 초기 조건에 매우 민감하게 반응하는 현상인 카오스(chaos)를 발견하게 되었다. 더욱 흥미로운 것은 수 많은 가상의 대기들이 불규칙하고 예측 불가능한 경로들을 따라 진행하더라도, 그 궤적들을 모으면 결국 나비 모양의 끌개(attrator)를 이루게 되는데, 이는 불확실성이 존재하면서도 모종의 질서가 존재함을 말해준다.
로렌츠 끌개(Lorenz attractor)를 이해하는 건 진정한 과학적 도전이다. 정확히 어떻게 생겼을까? 어떻게 내부 역학이 작동할까?
이 질문에 답변하기 위해, 70년대에 Birman, Guckenheimer et Willims는 긴 종이 조각으로 만들 수 있는 간단한 모델을 제안했고, 2001년에 Warwick Tucker라는 수학자가 그것이 Lorenz attractor의 움직임을 정확하게 기술한다는 것을 증명하였다. 그 끌개(attractor)의 각각의 궤적마다, 정확하게 같은 방법으로 행동하는 종이 모델 위의 길이 존재한다는 것이다. 실제 현상과 비교하면 아주 단순하지만, 수학자들은 간단한 것들을 좋아한다는 사실을 보여준다.