소마프랙탈1> 프랙탈 이해하기: 자연과 생명을 형성하는 자기 유사 기하학

 소마프랙탈에 들어가기 위해서는 우선, 프랙탈이 무엇인지를 알아야 겠죠. 프랙탈에 대한 내용을 정리해 보면 다음과 같습니다.

프랙탈 기하 이미지

프랙탈 : 더 작은 스케일로 반복하며 전체의 구조를 무한히 복제하는 차원분열 도형입니다. 프랙탈이라는 용어는 '파편의', '부서진'이라는 뜻의 라틴어 fractus에서 유래했는데, 폴란드 태생 수학자 베노이트 B. 만델브로트가 만들었습니다. 대표적인 프랙탈 도형에는 만델브로 집합, 칸토어 집합, 시에르핀스키 삼각형, 페아노 곡선, 코흐 곡선 등이 있습니다. 

자기유사성 (self-similarity) : 부분을 확대할 때 전체와 닮은 모습을 보여주는 성질. 프랙탈 도형은 크기를 변화시켜도 같은 형태를 반복하는 기하학적 구조를 가집니다. 프랙탈 기하학에서는 고전적 기하학에서와 달리 특정된 크기나 축척이 큰 영향을 미치지 않습니다. 이를 스케일 불변성, 크기에 대한 대칭성이라 합니다.

순환성 (recursiveness) : 동일한 요소가 둘 이상 배열되는 상태를 말합니다. 형태와 형태 사이, 공간과 공간 사이에 동일한 형태와 공간이 나타나 연속적인 패턴을 형성합니다.


프랙탈 이미지


혼돈이론 : 복잡성의 과학은 이제까지의 과학이 이해하지 못했던 불규칙적인 자연의 복잡성을 연구하여 그 안의 숨은 질서를 찾아내는 학문입니다. 복잡성의 과학을 대표하는 혼돈 이론에도 프랙탈로 표현될 수 있는 질서가 나타납니다. 복잡성으로 드러나는 질서는 실제 존재하는 복잡계의 예측 불가능함과도 관련이 있습니다.

소수차원 : 프랙탈 차원 개념을 통해, 1차원과 2차원 사이, 2차원과 3차원의 사이 등, 기존의 차원 사이를 메우고 있는 소수 차원의 설명이 가능해졌습니다. 프랙탈 차원은 비유클리드 도형의 복잡성을 정확히 나타냅니다.


자연의 프랙탈 구조 이미지


자연의 구조 : 프랙탈 구조는 자연이 가지는 기본적인 구조 체계로서 구름, 산, 번개, 난류, 해안선 및 나뭇가지, 뿌리, 동물의 혈관, 신경계 등에서  볼 수 있습니다. 뿐만 아니라 언어의 구조, 수학적 분석, 생태학적 계산, 위상 공간에 나타나는 운동모형 등에서도 발견됩니다. 

6억년 전 최초로 나타난 다세포 생물들도 프랙탈 구조로 처음 몸을 이루기 시작했죠. 프랙탈 구조가 최소의 유전 정보로 생명을 유지할 수 있는 시스템이기 때문입니다. 그 시기의 프랙탈 생명체를 에디아카라 생물군이라고 합니다. 


에디아카라 생물군 이미지


응용 : 프랙탈 구조는 유클리드 기하학으로 설명할 수 없는 도형의 복잡도를 수치화할 수 있어서 자연의 고르지 않은 현상이나 불규칙한 형태의 사물을 묘사합니다. 1975년에 소개된 이래 이 도형의 개념은 새로운 기하학 체계를 일으켜 수학뿐 아니라 물리학, 화학, 생리학, 유체역학, 통계역학, 컴퓨터그래픽, 압축기술 등에 큰 영향을 끼치고 있습니다. 


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