스케일 : 생물.도시.기업의 성장과 죽음에 관한 보편 법칙

괜찮다고 말하지만 괜찮지 않은 너와 나, 우리가 안고 사는 우울. 그리고 그 감정이 가져온 마음의 병 우울증. 화제의 채널



세포부터 생태계, 도시, 사회관계망과 기업까지,

살아 있는 모든 것의 성장과 혁신, 노화와 죽음을 지배하는

패턴과 원리에 관한 독보적 탐사



인구 팽창, 도시화, 에너지와 환경문제, 노화, 암, 인간 수명, 점점 빨라지는 삶의 속도, 전 지구적 지속 가능성… 오늘날 인류가 마주한 크고 긴박한 문제에 놀라운 통찰을 던져주는, 완전히 새로운 연구가 펼쳐진다!



개미만큼 작은 포유동물은 왜 없을까? 인간의 수명은 왜 기껏해야 120년인가? 계속 먹는데도 때가 되면 성장을 멈추고 죽는 까닭은 무엇인가? 왜 어떤 기업은 잘나가고 어떤 기업은 망하는가? 삶의 속도, 혁신의 속도는 왜 지속적으로 빨라지는가? 지구는 언제까지 인류를 먹여 살릴 수 있을까? 그리고, 이 모든 것을 설명하는 보편적인 이론이 가능할까?

《스케일》은 놀라운 이론적 통찰에 다양한 학제간 연구 성과를 종합하여, 세포부터 생태계, 도시, 사회관계망과 기업까지, 살아 있는 모든 것의 성장과 혁신, 노화와 죽음을 지배하는 패턴과 원리에 관한 ‘큰 그림’을 그려내는 책이다. 복잡계 연구의 중심지인 샌타페이연구소 소장을 지낸 제프리 웨스트 교수가 이 원대한 기획의 주인공이다. 그는 지난 25년의 괄목할 만한 연구를 종합하여, 자연법칙과 인간 문명의 관계를 바라보는 새로운 시각, 새로운 ‘개념 틀’을 제시한다. 이 책은 우리 모두를 단순하지만 심오한 방식으로 하나로 묶는 근본적 자연 법칙을 찾아나서는 흥미진진한 과학적 모험담이다. 독자는 도시, 기업, 생명이 단순하면서도 강력한 같은 가락에 맞추어서 똑같이 춤을 추고 있음을 깨닫게 될 것이다.





복잡계 과학의 대부 제프리 웨스트 교수와 샌타페이 연구진 25년 연구의 결실

제프리 웨스트 교수는 복잡성 과학, 즉 창발적 시스템과 네트워크의 과학을 개척한 선구자로 널리 알려져 있다. 저자의 연구가 주목받는 이유는 그가 우리의 몸, 도시, 기업을 포함하여 살아 있는 체계들의 복잡하고 다양해 보이는 현상들을 통일시키는 근본적인 단순성을 발견해왔기 때문이다. 애초 저자는 이론물리학자로서 소립자, 끈 이론, 암흑물질, 우주의 진화 등을 연구하고 있었다. 그러던 중 남자들이 오래 살지 못하는 집안의 일원으로서 노화와 죽음에 관심을 갖게 되었고, 예상과 달리 이에 관한 일반 이론이 없음에 놀라, 이 주제를 연구하기 시작했다. 인간의 수명이 왜 지금과 같으며 우리는 왜 더 오래 살지 못하는가 하는 생물학의 문제를 물리학자의 엄밀함으로 파고들었다.

수많은 생물이 오늘과 같은 형태를 지니고 지금과 같은 모습으로 성장하고 죽게 되는 것은 모두 피할 수 없는 물리적 법칙의 제약을 받기 때문이라는 점을 깨달은 저자는 그 물리법칙을 해명하는 데 몰두했고, 그것이 퍽 간단한 수학으로 표현될 수 있다는 점을 발견한다. 그가 ‘스케일링 법칙’이라고 부르는, 생물의 크기 변화에서 발견되는 규모 증감의 법칙이 바로 그것이다. 그리고 그는 그것이 도시와 기업 같은 인간의 창조물에도 폭넓게 적용되는 ‘일반 법칙’임을 깨닫는다. 인간이 만들어낸 것들도 결국 물리적 토대 위에 서 있기에, 물리법칙의 제약을 받을 수밖에 없다.

포유동물은 대단히 다양하지만, 크기에 따라 일관된 특성을 보인다. 즉, 어떤 포유동물의 크기를 알면, 스케일링 법칙을 써서 그 동물이 하루에 얼마나 먹는지, 심장 박동 수가 얼마인지, 성숙하는 데 얼마나 오래 걸릴지, 수명은 얼마인지 등등을 모두 알 수 있다. 순환계의 효율도 정확히 체중에 비례하여 규모가 증감한다. 평균 체중이 다른 종의 2배인 종은 순환계의 효율이 25퍼센트 더 높으며 수명도 25퍼센트 더 길다. 그는 이 문제가 근본적으로 생물의 몸에 에너지를 공급하고 몸에서 노폐물을 제거하는 ‘망의 프랙털 기하학’과 관련이 있다는 것을 증명해왔고, 그의 연구는 생물학에 하나의 중요한 전환점이 되었다.

그 뒤로 그는 더 대담하게 연구의 응용 범위를 넓혀왔다. 도시도 구석구석까지 망이 뻗어 있으며, 규모 증감의 법칙이 기이할 정도로 정확히 들어맞는다. 웨스트는 자신의 혁신적인 연구를 기업과 사회관계에도 적용했고, 그 결과 어째서 어떤 기업은 잘나가고 어떤 기업은 망하는지, 삶의 속도와 혁신의 속도는 왜 점점 빨라지는지, 이 동역학이 어째서 지구의 지속 가능성을 위협하는지와 같은 문제들을 이해할 강력한 통찰을 얻을 수 있었다. 이러한 발견은 앞으로 이루어질 수많은 연구들의 출발점이 될 것이다.





생물, 도시, 기업 모두를 관통하는 규모 증감의 법칙

책은 생물에게서 찾아볼 수 있는 특징을 중심으로 스케일링 법칙을 설명하고 이를 토대로 생명체의 성장, 노화와 죽음의 문제를 검토한 후, 이 법칙이 도시와 기업에서 어떻게 나타나는지를 각각의 독립된 장들에서 살펴보는 방식으로 진행된다. 책의 기본적인 아이디어는 성장을 지배하는 물리학의 기본 수학법칙이 생물학적 유기체와 사회적 유기체 모두에 똑같이 적용된다는 것이다. ‘규모’, ‘규모 변화’라는 렌즈를 통해서 보면 서로 관계없어 보이는 크고 작은 ‘계’에서 놀라운 유사성을 발견할 수 있다. 이 렌즈로 보면, 동식물, 인간 몸, 종양, 기업 등이 조직되고 기능하는 방식은 비슷하다. 조직, 구조, 동역학 측면에서 이들에게는 놀랍도록 단순한 수학적 규칙성과 유사성이 존재한다는 것이다.

한 가지만 예를 들어보자. 동물의 체중과 대사율(단위 시간당 대사량)은 지수가 4분의 3(0.75)에 가까운 거듭제곱법칙에 따라 증감한다. 쉽게 말해, 어떤 동물의 몸집이 다른 동물의 2배라면, 필요로 하는 에너지의 양은 2배가 되는 게 아니라 75퍼센트만 늘어난다는 것이다. 즉, 크기가 2배로 늘 때마다 25퍼센트의 에너지가 절약된다. 좀 더 실감나도록 다음과 같이 말할 수도 있다. 코끼리는 쥐보다 1만(10의 4제곱) 배 무거우므로 세포 수도 1만 배 많다. 하지만 코끼리가 필요로 하는 에너지의 양은 쥐보다 겨우 1천(10의 3제곱) 배뿐이다. 코끼리의 에너지 효율이 쥐의 에너지 효율보다 10배나 좋다고 할 수 있다. 일종의 ‘규모의 경제’를 보여주는 사례다.(45쪽)

놀랍게도 이러한 대사율의 스케일링 법칙은 포유류, 조류, 어류, 갑각류, 세균, 식물, 세포까지 포함한 거의 모든 분류군에 들어맞으며, 성장률, 심장 박동 수, 진화 속도, 유전체 길이, 미토콘드리아 밀도, 뇌의 회색질의 양, 수명, 나무의 키, 잎의 수에 이르기까지, 본질적으로 모든 생리학적인 양과 생활사의 사건에도 적용된다. 이런 놀라운 규칙성은 어디서 비롯된 것일까? 엄청나게 많은 구성요소들을 세밀하게 통합하여 효율적으로 작동할 수 있도록 진화한 계층적 망 체계의 물리적, 기하학적, 수학적 특성 때문이다. 책의 전반부에서는 이러한 망의 원리, 스케일링 법칙의 기원과 메커니즘을 상세하게 설명하며(특히 164-172쪽), 이 법칙이 적용되는 사례를 구체적으로 보여준다.

기업도 같은 스케일링 법칙을 따르며(9장), 도시 역시 규모가 변화할 때마다 일정한 규칙을 따른다. 도시의 경우엔 지수가 0.75(4분의 3)가 아니라 0.85다.(‘15퍼센트 규칙’) 인구 증가에 따라 도로, 전선, 수도, 가스관의 총 길이, 주유소 수와 같은 기반시설의 양은 세계 어디에서나 동일한 양상으로 증가한다. 즉, 인구가 2배로 늘면 필요한 주유소의 수는 85퍼센트만 증가한다. 15퍼센트가 절약되는 것이다. 반대로 사회경제적 양들은 15퍼센트 수확체증 양상을 보인다. 인구가 2배로 늘면, 특허 수, GDP, 임금과 같은 긍정적 지표든, 독감 환자 수, 범죄 건수, 오염 같은 부정적 지표 등 모두 2배보다 15퍼센트 더 늘어난다. 이것이 도시에 사람들이 모여드는 이유이자 사람들이 도시를 떠나려 하는 이유가 된다.

단순히 ‘크기’가 많은 것을 결정하기 때문에, 우리는 생물이나 도시의 크기를 알면 그들이 1분에 몇 번이나 호흡을 하는지, 수명이 얼마인지, 그 도시 안에 식당은 얼마나 있고 변호사와 의사의 수는 얼마인지와 같은 특성을 예측할 수 있다.





책에서 다루는 주요 문제들

이렇게 저자는 스케일링 법칙의 개념 틀로 어마어마한 양의 데이터를 엮어내는데, 다루는 분야만 해도, 입자물리, 고전역학, 생물학, 의료, 공학, 건축, 도시, 경제, 경영을 아우른다. 그만큼 스케일링 법칙이 작동하고 적용될 수 있는 분야가 넓다는 것이다. 책에서 다루는 문제를 몇 가지만 소개하면 다음과 같다.(14-19쪽)



■우리는 왜 천년만년 살지 못하고 기껏해야 120년밖에 살지 못할까? 우리는 왜 죽는 것일까? 그리고 이 수명의 한계를 정하는 것은 무엇일까? 우리 몸을 이루는 세포와 복잡한 분자의 특성을 토대로 수명을 계산할 수 있을까? 그것들의 특성을 바꿀 수 있을까? 수명을 연장할 수 있을까?

■우리와 거의 동일한 재료로 이루어진 생쥐는 겨우 2~3년밖에 못 사는 반면, 코끼리는 왜 75년까지 사는 것일까? 이렇게 차이가 나는데도, 평생 동안의 심장 박동 수는 코끼리와 생쥐를 비롯한 모든 포유동물에서 거의 동일하게 약 15억 번인 이유가 무엇일까?

■세포와 고래에서 숲에 이르기까지 생물과 생태계가 놀라울 만치 보편적이고 체계적이고 예측 가능한 방식으로 크기에 따른 규모 증가 양상을 보이는 이유는 무엇일까? 성장에서 죽음에 이르기까지, 생물의 생리와 생활사의 상당 부분을 통제하는 듯한 4라는 마법의 수는 어디서 기원한 것일까?

■우리는 왜 성장을 멈추는 것일까? 우리는 왜 매일 8시간을 자야 하는 것일까? 우리는 왜 쥐보다 종양에 훨씬 덜 걸리는 것일까? 그리고 코끼리에게는 왜 거의 종양이 생기지 않는 것일까?

■기업은 대부분 존속 기간이 비교적 짧은 반면, 도시는 가장 강력하면서도 취약점이라고는 없어 보이는 기업조차도 필연적으로 맞이하는 몰락이라는 운명을 어떻게 회피하면서 성장을 계속하는 것일까?

■도시와 기업의 과학을, 즉 그것들의 동역학, 성장, 진화를 예측 가능한 정량적인 방식으로 이해할 개념 틀을 개발할 수 있을까?

■도시의 최대 크기가 있을까? 최적 크기는? 동식물의 최대 크기는 있을까? 거대 곤충과 아주 넓은 거대도시megacity가 존재할 수 있을까?

■삶의 속도는 왜 계속 증가할까? 사회경제적 삶을 지탱하기 위해 혁신의 속도가 계속 가속되어야 하는 이유는 무엇일까?

■인류가 만들어낸, 겨우 지난 1만 년에 걸쳐 진화한 체계들이 수십억 년에 걸쳐 진화한 자연 세계와 어떻게 하면 계속 공존할 수 있을까? 착상idea과 부의 창조를 통해 약동하는 혁신적인 사회를 계속 유지할 수 있을까? 아니면 지구는 슬럼가, 갈등, 황폐함으로 가득한 운명을 맞이할까?





우리에겐 통합적인 시각이 필요하다

복잡성을 연구하는 물리학자답게 웨스트 교수는 책의 곳곳에서 통합적 사고의 필요를 강조한다. 건물을 짓든, 도시를 만들든, 기업을 꾸려가든, 문제를 체계적인 맥락에서 폭넓게 보아야 한다.

런던의 명물 밀레니엄브리지는 이러한 필요를 잘 보여주는 사례다. 새천년을 기념하여 템스강에 건설한 보행자용 다리인 밀레니엄브리지는 저명한 건축가와 조각가가 야심차게 선보인 작품이었다. 그런데 생각지 못했던 설계 결함으로 개통 이틀 만에 폐쇄되었고, 거의 1년 반 뒤에야 통행이 재개되었다. 건너는 사람들의 움직임에 따라서 다리가 좌우로 흔들렸고, 적어도 일부 사람들이 무의식적으로 그 흔들림에 걸음을 맞추는 바람에 진폭이 더욱 커져 안전상의 문제를 일으킨 것이다. ‘공명’이라 불리는 이러한 현상은 물리학자에게는 잘 알려져 있었지만, 이 다리를 맡은 손꼽히는 건축가, 설계자, 공학자들은 이를 제대로 계산에 넣지 못했고, 그로 인하여 애초 들어간 3,000만 달러 외에 추가로 800만 달러를 더 들여 다리를 보강해야 했다.(412-415쪽)

자연계든 인간 세계든 복잡한 시스템을 이해하는 데 과거의 ‘잘게 나눠 쪼개어 분석하는’ 방식으로는 한계가 있다. 오늘날의 많은 문제들은 여러 요인이 복잡하게 얽혀 있어 한 분야의 전문가가 해결하기 힘들고, 학제간 연구가 불가피하다. 더군다나 초국가적 협력이 필요한 지구적 규모의 문제, 일테면 환경오염, 자원과 에너지 문제, 지구 온난화, 빈곤, 지구의 지속 가능성과 같은 문제는 하나의 해법이 또 다른 문제를 불러오는 경우가 많다. 저자가 제시하는 통합적 개념 틀에 주목해야 하는 이유다. 특히 유한한 지구에서 무제한적인 경제 성장을 추구하는 데서 비롯된 문제들의 해결책을, 과거에 그래왔듯 인류가 이뤄낼 ‘혁신’에서 찾을 수 있으리라는 낙관론에 크게 동의하기 어려운 까닭을 제시한 마지막 장은 지구의 지속 가능성을 고민하는 모든 이들이 일독할 가치가 있다.