오늘날 우주선이 지구궤도를 돌고 크루즈 미사일이 몇천 km를 비행한 끝에목표물에 불과 몇m 내외의 오차로 명중하는 것은 모두 뉴턴의 운동역학의 토 대위에서 이루어진다.
모든 물체의 운동은 미분방정식으로 표현되었고 대부분의 운동현상들은 전형 적인 미분방정식을 이용하여 해를 구할 수 있었다. 이 경우 모든 물체의 위치나 속도와 같은 초기값들이 주어지면 그 다음의 운동값은 선형 미분방정식 을 풀어서 해결할 수 있었다. 즉 선형적인 운동은 뉴턴의 역학에 의해 설명 되고 예측될 수 있었다.
그러나 선형방정식만으로는 해결할 수 없는 복잡한 현상들도 상당히 많다.
따라서 그 대안으로 제시된 것이 바로 카오스 이론이다. 도저히 예측하기 어려운 카오스현상은 가까운 예에서 찾을 수 있는데 바로 담배연기의 무질서하게 보이는 운동현상이다. 지금까지의 수학이나 물리학 이론으로 담배연기의 운동을 식으로 표현하는 것은 거의 불가능하기 때문이다.
로렌츠가 1961년에 카오스 현상에 대한 논문을 발표한 이후 1970년대 후반에미국의 만델브로트는 분수차원의 프랙탈(Fractal)을 통하여 예측할 수 없는불규칙한 혼란인 카오스를 연구하였다.
카오스에 대한 본격적인 연구는 1980년대 후반에 미국의 라스 알라모스연구 소를 중심으로 진행되었다. 주로 물리학자들을 중심으로 하여 일부 컴퓨터 과학자들에 의해 카오스이론과 응용에 대한 연구가 진행되고 있다.
필자는 국내에 카오스란 용어가 알려지기 전인 1989년도에 미국의 라스 알라 모스연구소에서 우송된 카오스에 관한 몇개의 논문을 검토하고는 과연 카오 스가 불규칙한 자연현상을 제대로 예측할 수 있을까 하는 의문점을 가진 적이 있다.
왜냐하면 카오스를 분석하는 도구는 여전히 물리학과 관련된 이론이기 때문이다. 필자도 요즈음 카오스 프로그램을 컴퓨터를 통하여 시뮬레이션하고 있는데 프랙탈을 통한 비교적 단순한 형태의 카오스는 설명될 수 있으나 보다 근본적인 문제에 대한 접근은 아직까지도 확신하지 못하는 실정이다.
카오스의 원리를 적용함으로써 해결할 가능성이 있는 분야들을 정리하면 다음과 같다.
첫째, 불규칙한 일기변화예측이다. 일기예보에 관한한 현재 가장 첨단의 시설과 기술을 보유하고 있는 나라는 영국이다. 그러나 일기예보의 적중률은 75%정도인 것으로 알려지고 있다. 빗나간 일기예보가 우리의 생명과 재산에 얼마나 큰 피해를 주는가는 대부분의 사람들이 잘 알고 있다. 정확한 일기예보의 필요성은 절실한 것이며 특히 태풍을 비롯한 자연계의 돌출상황에 대비 한 정확한 일기예보야말로 우리가 풀어야할 절실한 과제인 것이다.
둘째, 지진이나 회오리 바람, 지자기 역전현상, 바다밑 조류의 불규칙한 흐름 돌풍 등의 자연현상을 예측하는 일이다. 특히 작년에 미국에서 발생한 로스앤젤레스시의 대규모 지진이나 일본에서 자주 발생하는 지진을 미리 예측할 수만 있어도 인명피해를 상당히 줄일 수 있었을 것이다.
셋째, 생물학적 혼돈이나 사회 심리학적 혼돈 현상 등 여러가지 혼돈 현상의 분석이다. 어떤 특정한 생물의 개체가 급속히 증가하거나 유행이 갑자기 돌출하는 등의 사회심리학적 분석에 있어서 카오스이론이 유효한 것으로 여겨지고 있다.
그 외의 응용으로는 주식시장의 장단기 주가예측, 전염병의 창궐시기예측, 태풍이나 비행기 날개 뒤에서 생기는 소용돌이 현상 등 예측하기 어려운 자연현상들의 규명에 유용할 것으로 믿어지고 있다.
1990년대 초부터 관심을 끌고 있는 카오스이론은 미국과 일본에서 상당한 연구가 진척되고 있으나 기대와는 달리 아직까지는 결정적인 문제점들이 규명 된 상태는 아니다. 우리나라에서도 카오스의 원리를 실생활에 적용하기 시작했으며 세탁기를 비롯한 전자제품에도 응용되기 시작하였다.
카오스에 대한 연구는 이제 갓 시작한 초보적인 단계에 불과하며 섣부른 기대는 이르다는 생각이 든다.