Self  Organization

 

Self-organization 은 일반적으로 열린계 (open system) 에서 어떤 시스템의 내부 조직 (internal organization) 이 외부의 간섭없이 자율적으로 증가하는 과정을 일컫는다. Self-organizing systems 은 항상 그런것은 아니지만 일반적으로는 창발적 성격 (emergent properties) 를 나타낸다................. (Wikipedia : Self-organization)

상자를 들고 와서, 붉은 구슬로 왼쪽 줄을 만들고, 노란 구슬로 가운데 줄을 만들고, 자주색 구슬로 오른쪽 줄을 만들어 조심스럽게 정돈해 보라(이것들을 당신이 가진 구슬 모두라고 가정하자). 이제 구슬을 하나라도 잃어 버리지 않도록 주의하면서, 상자를 세차게 흔들어 보라. 상자 속을 다시 보면, 구슬이 완전히 뒤섞여 있을 것이다. 상자를 한 번 더 흔들어라. 구슬이 사방으로 움직였지만, 여전히 뒤죽박죽이다. 당신의 멋있고 가지런하던 정돈이 엉망이 되어, 경우의 수가 너무 많기 때문에 상자 흔들기로는 다시 정돈할 길이 없다(그림 1).

그림 1 질서에서 무질서로

이번에는 메탄·암모니아·수소·물 같은 단순한 분자들이 담긴 플라스크를 가져 와서, 전기를 방출하여 플라스크에 충격을 주어 보라. 며칠 안에, 플라스크 안에는 생명의 구성 요소를 포함한, 복잡한 유기 분자가 담기게 된다(이것은 1953년 스탠리 밀러(Stanley Miller)와 헤럴드 유레이(Harold Urey)가 한 실험이다). 단세포 생물에게 대략 30억 년의 시간을 주면, 복잡한 다세포 형태로 발전할 것이다. 그리고 다시 수억 년이 지나면 복잡성을 더해 가는 과정을 거쳐 인간과 인간 사회로까지 이어진다(이 실험은 현재도 진행 중이다). 요약하면 그림 2에 묘사했듯이, 단순하게 출발하여 복잡한 유기체가 출현한 것이다.

그림 2 무질서에서 질서로

자연의 기본 법칙 가운데 하나는, 엔트로피는 결코 줄어들지 않으며 늘 늘어난다는 것이다. 엔트로피는 종종 무질서의 양으로 기술되므로 엔트로피 법칙(AKA 열역학 제2의 법칙)은, 자연은 더 무질서해지는 쪽으로 진행되는 경향이 있다는 것을 시사한다(엔트로피의 상세한 수학적 정의도 있지만, 무질서만으로 우리에게 충분한 설명이 된다). 이 법칙은 구슬의 보기에서 완벽하게 기술되었다. 그것은 우리가 휘저은 달걀을 제대로 돌려놓을 수 없다는 것을 설명하지만, 생명에 대해서는 상반된다. 생명은 원료를 가지고 그것들을 조직하여 우리가 아는 가장 복잡한 시스템인 생물이 된다.

더 자세히 분석하면, 생명이 실제로는 엔트로피 법칙을 무효화하지 않는다는 것을 알 수 있다. 이 법칙은 닫혀진 계(closed system), 즉 에너지와 물질의 유입·유출이 없는 시스템에서는 엄격히 적용된다(그림 3). 생물이 열려진 계(open system)인 것은 에너지의 유입과 유출이 있기 때문이다. 엔트로피 감소가 다른 곳에서 엔트로피를 증가시키고, 질서의 감소와 균형 또는 균형 이상을 맞추어 가는 간 생명계가 엔트로피를 감소시키는 것이나 질서를 증가시키는 것은 옳다. 그리고 그것이 생명이 하는 일이다. 이것을 의심하는 사람이라면 내 사무실을 꼭 방문해야 할 필요가 있다.

그림 3 생명과 엔트로피

그렇지만 다른 곳에서 질서를 감소시키는 대가로 생명체에서 질서가 증가하는 것이 가능하다는 것만 가지고는, 그것이 왜 일어나는지 설명되지 않는다. 인공생명 연구자들은 자기 조직화의 어떤 일반 법칙이 작용하고 있다고 믿으며, 이 법칙을 발견하기를 기대한다.

지금까지 과학자들의 견해만 들어 보았는데, 더 많은 사람들이 생명이 무생물과 확연히 구별되는 양화(量化)할 수 없는 어떤 본질을 가지고 있다는 것을 느낀다. 종교에서는 영혼, 즉 신이 불어넣어 준 생명의 불꽃을 말한다. 철학자 앙리 베르그송(Henri Bergson)은 생명의 약동(elan vital), 즉 생명의 펄스를 주창한다. 신 또는 생명의 약동은 앞서 기술한 자기 조직화의 근원으로 여겨진다. .................... (Stephen Prata 1994)

여기서 최근의 과학은 엔트로피 증대법칙은 닫혀져 있는 상태에서만 성립하는 것으로 설명한다. 닫혀져 있는 系(閉鎖系)는 외부와 에너지, 또는 물질의 출입이 없다. 그러나 에너지 또는 물질의 출입이 있는 열린 계에서는 스스로 질서가 형성된다. 나무가 자라고 어린이가 성인이 되는 것은 태양에너지, 대지로부터의 물, 또는 인간에게는 음식을 먹고 배설물을 방출하기 때문이다. 나무와 인간은 열린 사회(開放系)에서 생명을 유지하고 있다. 생명현상은 열린 세계에서 일어나는 것이며, 수학적으로는 표시할 수 없는 대신 거뜬히 자기조직화를 한다. "모든 것은 변한다." 그러나 그 내용에는 엔트로피의 법칙에 따른 것과 그것을 이겨내는 자기조직화의 두 종류가 있다. "자기조직화"는 틀림없이 21세기 학문의 키워드가 될 것이다. 그것은 무질서로 향하는 힘에 질서화 하는 힘이 이겨낸 것이다.

스스로 되어 가는 자기조직의 개념은 생명 현상을 설명한다. "생각하는 일"은 가장 인간다운 생명활동이다. 그것은 뇌 속에서 이루어진 신경활동의 자기조직화에 관한 훌륭한 보기이다. 동물이건 생물이건 대부분의 고등생물의 수많은 세포가 분열, 성장, 분화하면서 하나의 생명을 유지, 발전시키는데, 그 과정이 곧 자기조직화의 연속이다. ................ (카오스와 동양사상)

term :

생명 (Life)    인공생명 (Artificial Life)   복잡계 (Complex System)   카오스 (Chaos)   두뇌 (Brain)   마음 (Mind)   인공지능 (Artificial Intelligence)    진화 (Evolution)   컴퓨터 (Computer)   자생 (Autopoiesis)   창발 (Emergence)   자기조직화 (Self Organization)    

site :

Wikipedia : Self-organization

paper :

인공생명 : 일반원리 : Stephen Prata : ........