지난 달 24일 서울대에서 열린 제25회 국제통계물리학회에서 미국 텍사스주립대 물리학과 해리 스위니 교수가 볼츠만 메달을 수상했다. 볼츠만 메달은 통계물리학의 노벨상이라고 불릴 만큼 큰 상으로, 1975년부터 3년마다 국제통계물리학회에서 수여하고 있다.
스위니 교수는 카오스 이론 분야에 기여한 업적으로 이번 상을 수상했다. <;수학동아>;는 스위니 교수의 볼츠만 메달 수상을 기념해 열린 강연회에서 교수님을 만났다.
“흥미롭게도 우리 주변에는 전혀 다른 물질이 수학적으로 매우 유사한 패턴을 보이는 경우가 많아요. 비닐봉투를 두 손으로 당겨서 찢어 보세요. 물결 모양의 주름이 생기면서 늘어납니다. 이 주름은 수선화 중앙의 꽃잎 모양과 비슷하답니다. 상추의 테두리와도 닮은꼴이죠. 실제로 이들의 수학적인 모델을 세워 보면, 서로 유사한 프랙탈 구조인 것으로 나옵니다.”
스위니 교수는 해안선과 박테리아 군집이 퍼지는 경계선도 수학적으로 비슷한 패턴임을 설명해 주었다. 두 모양은 정수가 아닌 차원으로, 해안선은 1.4차원, 박테리아는 1.7차원으로 표현할 수 있다. 이렇게 비정수 차원을 갖고 자기 닮은 구조를 한 프랙탈은 복잡한 자연 현상을 해석할 때 요긴하게 쓰인다.
“무질서해 보이는 혼돈 상태 속에 숨은 법칙을 찾는 것이 바로 ‘카오스 이론’입니다. 저는 카오스 현상을 간단명료하게 보여 주는 실험을 했는데, 이것이 카오스를 이론적으로도 정립하는 계기가 됐다고 봐요. 그런 면에서 이론물리학자만 받던 볼츠만 메달을 실험물리학자로서 처음 수상한 것이 더욱 영광입니다.”
스위니 교수는 <;수학동아>; 독자들에게 “실험의 진정한 의미와 재미를 깨닫기를 바란다”고 말했다. 책으로만 하는 공부는 한계가 있기 때문에 자연을 깊이 이해하기 위해서는 직접 해 보는 실험이 중요하다는 것이다. 실제로 스위니 교수는 홈페이지(chaos.utexas.edu)와 워크샵을 통해서 학생들이 ‘카오스 현상’을 직접 관찰할 수 있는 신기한 실험들을 교육하고 있다.
