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2006-11-29 12:23:10 조회 : 6118         
6-5 상호 되먹임 이름 : 관리자(IP:122.47.57.66)

 


(5) 상호 되먹임

상호되먹임이 이런 결과를 낳는다. 자기 조직체도 이런 전체와 부분간의 상호 되먹임의 결과물이다. 처음에는 어떤 부분이 인접해 있는 다른 부분에 자신을 동조시킴으로써 계의 일정한 특성을 만들고 이것이 다시 부분들에 작용함으로써 그 계의 특성을 강화시킨다. 이러한 되먹임은 자기가 자신를 만드는 촉매 기능을 하고 있다는 점에서 '자기 촉매성'(autocatalysis)이라고 불린다.

하켄의 자기 조직화 원리는 프리고진으로 대표되는 브뤼셀 학파에 와서 더 넓은 위에서 정교하게 다듬어졌다. 프리고진에 의하면 평형에서 먼 혼돈은 자기 조직의 가능성을 내포하고 있다. 그는 만일 열평형에서 멀리 떨어져 나올 수 있다면 많은 시스템들이 자발적으로 자신을 조직화한다는 것을 증명했다.이렇게 해서 만들어진 구조들은 자기 조직화의 과정에서 계속적으로 엔트로피를 산출하고 그에 따라 발생하는 엔트로피를 주변으로 퍼뜨린다. 그 대표적인 것이 유명한 '벨로우소프-자보틴스키 반응'이다. 시료들 중 하나의 농도가 임계점까지 증가되면 화학 작용은 변환되어 화학적 농도가 마치 화학 시계처럼 규칙적으로 요동하기 시작한다. 1963년에 역시 러시아의 화학자인 A.M. 자보틴스키가 벨로소프의 반응을 조금 변형시켜서 공간속에서 패턴을 형성시키는데 성공했다. 이후 이런 유사한 화학반응에는 '벨로소프- 자보틴스키 반응'(또는 B-Z 반응) 이라는 이름을 붙인다.

BZ(벨루소프- 자본틴스키) 반응의 열쇠는 촉매이다. BZ 반응이 별난 이유는 반응에 의해 촉매가 생긴다는 것이다. 따라서 촉매의 양도 반응이 진행함에 따라 변한다.

반응 속도가 생성물의 농도에 좌우될 때 자기촉매라고 부르는 이런 현상이 나타난다. 생성물이 일단 생기면 가만히 있는 것이 아니라 아직 반응하지 않는 원료에 작용하여 더 많은 생성물을 생기게 한다. 그 결과 생성물이 나타나면 되먹임으로 반응을 더 빠르게 하여 반응물이 더욱 빨리 소모된다.

'가령 '빨간색'과 '파란색' 두 종류의 분자들이 있다고 하자. 분자들의 혼란한 운동 때문에 주어진 순간에 그릇의 왼쪽 부분 예를 들어 빨간색이 더 많을 것을 기대하게 된다. 그리고 나서 잠시 후에는 파란색 분자들이 더 많이 나타나 보이곤 할 것이다. 우리에게는 그릇이 '보라색'으로 보이게 될 것이며 때때로 빨간색이나 파란색으로 불규칙하게 번쩍이게 될 것이다. 그러나 화학 시계에서 생기는 것은 이것이 아니다. 여기서는 계가 모두 파란색이었다가 갑자기 빨간색으로 바뀌고 다시 파란색으로 바뀐다. 이러한 모든 변화들이 규칙적인 시간 간격을 두고 일어나기 때문에 이것은 합치적인 과정이 된다.

수십억 개의 분자들의 활동으로부터 유래되는 이러한 정도의 질서는 믿을 수 없는 것으로 보이며, 사실상 화학 시계들이 관측되지 않았다면 아무도 그러한 과정이 가능하다고 믿으려고 하지 않을 것이다. 단번에 색을 바뀌기 위하여 분자들은 '교신' 할 수 있는 방법을 지녀야만 한다. 계는 전체로서 행동해야만 한다. 우리는 화학에서 신경 생리학에 이르기까지 너무나 많은 분야에서 명백하게 교신이라고 하는 중요한 단어를 계속해서 접하게 될 것이다. 산일 구조들은 교신을 위한 가장 간단한 물리적 기구들 중 하나를 도입하는 것이다.

이 과정에서 자기와 같은 형태의 분자가 미리 존재하지 않는다면 그 분자는 만들어지지 않는다. 그와같은 화학 물질은 자기 자신의 촉매가 되는 것이다. 비유적으로 말하면 한쪽으로 '붉은' 분자들이 집중되는 우연한 기회가 있으면 이 '붉은' 분자들은 더 많은 '붉은' 분자들이 생성하도록 촉매 역할을 하며 이렇게 생성된 2차적 '붉은' 분자들은 또다시 새로운 붉은 분자들을 만들기 위한 촉매가 된다. 즉 반복 점진적으로 진행하는 것이다.

결과가 원인을 더 키우는 이러한 되먹임을 양의 되먹임이라고 한다. 양의 되먹임은 보통 시스템을 어느 한쪽 방향으로 치우치게 만든다. 반대의 현상인 음의 되먹임은 시스템을 앙정된 상태에 즉 성상 상태에 있게 한다. 음의 되먹임에서 결과는 원인을 줄이는 방향으로 작용하므로 요동이 사그라든다.

되먹임이 의미하는 것은 시스템이 어떻게 행동해 왔는지가 시스템이 어떻게 행동할지를 좌우한다는 것이다. 행동의 결과가 다음 행동의 원인이 된다. 이제는 보통 카오스 시스템이라고 부르는 예측할 수 없는 행동을 보이는 시스템들에게 흔히 양과 음의 되먹임을 볼 수 있다.



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