우주는 하나의 유기체?
매크로와 마이크로의 동조성
Synchronitiy
지난 글에서는 태양계 → 은하계 → 국부 은하단 → 초은하단 → 관측 가능한 우주의 매핑 → 우주의 거대 구조 시뮬레이션(밀레니엄 시뮬레이션 *1, *2)과 같이 우주 전체를 조망했을 때 어떻게 보이는지에 대해 현재 알려진 최신 정보를 정리해 보았습니다. (*3).
이번에는 갑자기 퀴즈부터 시작하는데요, 아래 그림은 각각 어떤 이미지일까요?
왼쪽과 오른쪽 이미지 모두 무언가 그물망처럼 촘촘히 짜여진 일정한 패턴을 볼 수 있습니다. 어느 쪽이 어떤 이미지인지 다양한 상상을 해보세요.
또한 이 글은 '명상'을 주요 테마로 다루고 있으니, '각각의 이미지에서 무언가 느껴지는 것이 있는가? 라는 것을 의식해 보시기 바랍니다.
그리고 이 이미지를 통해 '이미지 속의 세계'로 들어가 보시기 바랍니다.
이 이미지 너머에 있는 '이미지 속의 세계'의 분위기, 에너지, 파동, 이런 수치로 표현할 수 없는 추상적(형이상학적인) 감각을 느껴보세요.
'이미지를 보는 당신의 의식'과 '이미지에 투영된 세계'는 연결되어 있습니다. 그것은 '양자 얽힘(*4)'이라는 현상으로 '의식한 대상과 연결된다'는 것이 과학적으로 설명되고 있습니다.
그리고 이 '의식과 대상의 상호작용'이라는 것이 실험적으로 증명되고 있다는 것은 지난 글에서도 소개한 바 있습니다(*5, *6).
답을 알아차린 사람도, 아직 알아차리지 못한 사람도, 그림 속 각 이미지의 세계 에너지를 명상하며 잠시 느껴보시기 바랍니다(느껴지는 감각에 정답은 없으니 안심하세요).
이제 이미지의 답을 보여드리겠습니다.
먼저 그림1의 오른쪽은 아래 그림2와 같이 점점 확대하면 그물망 눈이 빛의 집합체처럼 보이기 시작합니다. 이것은 사실 '은하와 암흑물질을 시뮬레이션하여 100억 광년 거리까지 시야를 넓힌 우주' 이미지였습니다(*1, *b). 이 '초거대(극대) 우주의 풍경'에 대해서는 지난 기사에서 자세히 설명했으니 자세한 내용은 해당 기사를 읽어보시기 바랍니다(*7).
그리고 그림 1 왼쪽 이미지의 정체입니다만, 이것은 '배양된 뇌신경세포(뉴런)의 네트워크' 이미지입니다(*a). 이 이미지는 매사추세츠 공과대학에서 진행되고 있는 뇌세포를 배양하여 알츠하이머병 해명을 위한 연구를 소개한 기사에서 인용된 이미지입니다(*7, *a).
이처럼 한쪽은 100억 광년 규모의 우주의 초거대 구조이고, 한쪽은 미크론 단위의 뇌신경망의 초미세 구조였습니다. 하지만 알고 보면 두 가지를 비교해보면 매우 유사합니다.
이 '암흑물질과 은하가 망라된 우주의 네트워크 구조'와 '뇌신경세포(뉴런)의 미세 네트워크 구조'의 유사성을 발견하고 이를 수학적으로 분석한 천문학자와 의사가 있습니다. 이번 기사에서는 그 연구를 자세히 소개합니다.
소개할 연구는 'The Quantitative Comparison Between the Neuronal Network and the Cosmic Web (The Quantitative Comparison Between the Neuronal Network and the Cosmic Web, 9)'이라는 이탈리아 천문학자와 의사의 공동 연구입니다.
연구 배경으로는 최근 빠른 속도로 우주의 물리 현상이 밝혀지고 있습니다. 지난 글에서도 '암흑물질(Darkmatter)까지 포함한 우주 전체의 시뮬레이션'이 가능해졌다고 소개한 바 있는데, Springel 씨 등이 이를 공개한 것은 2005년으로 벌써 15년 이상 전의 일입니다.
이를 통해 '은하계는 보이지 않는 무언가에 의해 연결되어 있다', '그 연결은 그물망처럼 펼쳐져 네트워크를 형성하고 있다'는 것을 시각화했습니다(그림 1). 시각화된 우주를 본 과학자가 '뭔가 닮았다'고 생각한 것이 연구 동기가 되었고, 뇌과학자 의사와 손을 잡고 이뤄낸 연구입니다.
이 연구의 방법론은 먼저 뇌 조직은 실제 뇌종양 수술로 절제된 정상 대뇌피질(Cortex), 소뇌피질(Cellebelum)을 이용해 40배 광학현미경으로 관찰한 이미지를 사용했습니다(그림 하단에 있음).
그리고 비교하는 우주는 ENZO(*10)라는 계산 코드를 이용해 100메가퍼섹(약 326만 광년) 입방미터의 우주 구조를 암흑물질을 포함해 시뮬레이션하고, 이를 뇌 표본처럼 단면을 잘라 분석에 활용했습니다(그림 하단의 이미지). 이 이미지들은 제3자도 분석에 사용할 수 있도록 URL(*11)로 공개되어 있습니다.
저자들이 조사한 추정에 따르면, '관측 가능한 우주에 존재하는 은하수 은하와 동등 이상의 규모의 은하 ≒ 5.5x10^10개', '성인의 전뇌 뉴런 수 ≒ 8.6x10^10개', '성인의 소뇌 뉴런 수 ≒ 6.9x10^10개'와 같이 거의 동일한 크기의 뉴런을 비교 할 수 있도록 하고 있습니다.
이러한 뇌 조직 또는 우주 시뮬레이션 모델을 파워 스펙트럼으로 분석한 것이 그림6과 같은 결과입니다.
여기서 "파워 스펙트럼 (power spectrum)에 대해 간단히 설명하면 '시간적, 공간적으로 변동하는 신호(흔들림)를 푸리에 변환하여 그 푸리에 계수의 진폭의 제곱을 주파수의 함수로 간주한 것(*12)'이라고 설명되어 있지만, 깊이 이해할 필요는 없습니다. 그림6에서 각 그래프가 서로 비슷하게 겹쳐져 있다는 것만 알면 됩니다.
실제로 그림을 보면 'Cortex(대뇌피질: 노란색)와 Cerebellum(소뇌: 주황색)의 40배(실선)와 Cosmic Web(암흑물질: 파란색)/Cosmic Web(양성자=물질입자: 파란색)이 잘 겹쳐져 '구조적 패턴이 유사하다'는 것이 수학적으로 증명되고 있습니다.
여기서 저자들은 대조 실험으로 또 다른 "무작위로 보이는 패턴"과의 비교도 하고 있습니다(그림 참조). 여기서 비교 대조로 사용한 것은 '하늘의 구름(Sky Clouds)', '나무 가지(Tree Branches)', '자기유체역학적 난류(MHD Turbulence)', '물의 난류(Water Turbulence)'와 같은 자연계에서 무작위로 보이는 패턴과 비교 비교함으로써 '뇌의 뉴런 패턴과 우주의 코스믹 웹이 정말 유사한가'라는 점을 비교했습니다.
그림을 보면 구름/나무 가지/자기 난류/물 난류가 회색~검은색 점선으로 표시되어 있는데, 이는 뇌 뉴런 세포나 우주 웹과 유사하지 않음을 알 수 있습니다. 이 결과로부터 "다른 자연계의 보편적인 패턴과는 분명히 다르지만, 뇌의 뉴런 구조와 우주의 우주 웹 구조는 유사하다"는 것이 파워 스펙트럼 분석에서도 확인되었다는 것을 알 수 있습니다.
다음으로 저자들은 뇌의 뉴런과 우주의 코스믹 웹을 '네트워크 분석' 기법으로 비교 검토했습니다. (이하, 어려운 이야기를 싫어하는 사람은 '요컨대,,,'까지만 읽으시면 됩니다.)
네트워크 분석에서 자주 사용되는 파라미터를 2개로 나누어 분석하는데, 하나는 차수 중심성(Degree Centrality: Cd)으로 국소 영역 내 네트워크의 연결 정도를 측정하는 분석이고, 또 하나는 클러스터링 계수(Clustering Coefficient: C)로 무작위로 생성된 네트워크의 연결 정도를 측정하는 분석입니다. 무작위 점들의 네트워크와 비교하여 노드의 국소 근방 내 구조를 정량화하는, 즉 주어진 연결 클러스터 내 모든 삼각형에 대한 노드 연결 삼각형의 비율로 구하는 계수입니다(*13, *14).
그림8에서 노드(은하단/세포핵)가 각각 연결되어 네트워크를 시각화한 것을 확인할 수 있습니다. 그 결과, 우주의 노드당 평균 연결 수 <k>는 3.8~4.1, 소뇌에서는 <k>는 1.9~3.7, 대뇌피질에서는 <k>는 4.6~5.4로 나타났습니다.
또한 그래프 하단의 클러스터링 계수(C: 그림 8 왼쪽 하단)를 보면 뇌 조직과 우주 웹 모두 0.1~0.4 사이에 피크가 보입니다. 그리고 차수 중심성(Cd: 그림 8 오른쪽 아래)을 보면 1~4x10^-3의 범위에 분포하고 있습니다. 이를 '무작위 노드의 집합'과 비교해 보겠습니다.
저자들은 노드를 생성하는 알고리즘인 Erdös-Rényi(Erdös-Rényi) 모델(그림 15, *15, *16)을 사용하여 무작위로 노드를 생성한 경우의 클러스터링 계수는 0.002 이하로 뇌 뉴런 네트워크나 코스믹 웹(0.1~0.4)과 비교했을 때 전혀 다른 수치를 보였다고 보고하고 있습니다. 또한 차수 중심성(Cd)도 뉴런이나 우주에서는 1~4x10^-3인 반면, 무작위 생성 노드에서는 10^-6~10^-7로 이 역시 세 자리 수 정도 차이가 났다고 합니다.
요컨대 '네트워크 분석에서도 뉴런 네트워크와 우주 웹은 유사성이 있으며, 무작위로 생성된 모델과는 분명히 다르다는 것을 수학적으로 증명했다'는 것입니다.
자연과학적으로 이번 연구의 요점은 다음과 같이 정리할 수 있습니다.
뇌 뉴런의 구조와 우주 코스믹 웹의 구조는 유사하다.
뉴런 구조와 코스믹 웹은 파워 스펙트럼 분석에서도 유사성을 보였다.
구름/나무 가지/물 난류와 같은 자연계에 흔한 패턴과 뉴런/우주망 구조는 유사하지 않았다.
네트워크 분석에서도 뉴런과 코스믹 웹은 유사성을 보였다.
무작위 생성 모델과 뉴런/우주 웹을 비교했지만, 무작위 모델은 수치적으로도 전혀 다른 결과를 보였고, 유사성이 없었다.
다시 한 번 뉴런 네트워크의 이미지(그림 10 왼쪽 위/왼쪽 아래)와 코스믹 웹의 이미지(그림 10 오른쪽 위/오른쪽 아래)를 비교해봅시다. 우연이라고 보기 어려운 수학적으로 뒷받침되는 유사성과 자연의 조형미를 확인할 수 있습니다.
이번 연구를 미지의 영역으로 확장하여 모든 가능성을 상상해 봅니다.
하나의 은하조차도 우주에서 하나의 세포(은하단 클러스터) 속의 미세한 기관일지도 모른다.
은하를 연결하는 콜드 암흑물질은 뉴런의 돌기 같은 역할을 하고 있을지도 모른다.
암흑물질은 은하단 클러스터 사이를 연결하고 영역 간에 무언가를 송수신하는 매개체일지도 모른다.
우주는 뇌신경처럼 유기적으로 네트워크가 구축되어 있을지도 모른다.
우주 전체가 하나의 거대한 유기체로서 기능하고 있을지도 모른다.
이 우주는 누군가의 중추신경조직일지도 모른다.
이 우주 전체가 "의지"를 가지고 있을지도 모른다.
하나의 '의지'와 하나의 우주(A Universe)가 연결되어 있을지도 모른다.
존재하는 '의지'의 수만큼 대응하는 '우주(Multiverse)'가 존재하고 있을지도 모른다.
전혀 엉뚱한 탁상공론이지만, 암흑물질과 같은 미지의 존재가 우주의 대부분을 차지한다는 사실이 밝혀진 지금, 이런 가능성을 부정할 수 있는 과학자가 있을까요?
또한 이번 결과를 과학을 넘어선 형이상학적 영역으로 해석하면 다음과 같은 법칙을 발견할 수 있습니다.
초극소(마이크로) 구조와 초극대(매크로) 구조는 동기화된다.
초극소(미시)의 구조를 추구하면 초극대(거시)에 도달한다.
반대로 초극대(매크로)를 추구하면 초극소(마이크로)에 도달한다.
우주론이 양자론을 결정하고, 마찬가지로 양자론이 우주론을 결정한다. 극
소의 일부(미시)는 전체(거시)를 구현하고, 그 반대의 경우도 마찬가지다.
극소와 극대는 동일하다.
이러한 것들은 과학적으로 증명된 법칙은 아닙니다.
하지만 '과학적으로 증명되었는지 여부'는 사실 '하찮은 것'입니다. 왜냐하면 '매년 매년 과학적으로 새로운 발견이 있다'는 것은 누구나 알고 있는 사실이지만, 그것은 곧 '새로운 발견=과학이 얼마나 불완전한지/과학의 무지한 부분이 하나 밝혀졌다'고 할 수 있기 때문입니다. 과학도 '성장하는 인간과 다르지 않다'고 할 수 있습니다. '과학적으로 증명되지 않은 것'이라고 해도 '단지 불완전한 과학이 다 다루지 못했을 뿐'이라는 것을 알아야 합니다.
'진정한 지혜'는 '수천 년 전부터 변하지 않고/변할 필요가 없는 것'이라고 할 수 있습니다. 이러한 지혜를 다루는 학문이 바로 '형이상학(形而上學)'입니다. '날마다 새로운 학설이 갱신되고' '과거의 상식이 뒤집힌다' 이것이 '과학'의 취약성이며 '영구불변의 형이상학적 법칙'과의 결정적인 차이점입니다. 과학은 '아직 불완전하다/잘못할 수 있다/성장한다'는 것입니다. 과학을 과소평가하지도 과대평가하지도 않고 정당하게 이해하고, 모든 것을 포괄하는 형이상학에 대한 이해를 넓혀갑시다. '명상'은 형이상학으로 가는 문 중 하나입니다. '명상'을 잘 활용하여 '형상이 없는 세계'에 대한 친밀감을 높여보시길 바랍니다.
저자: Takuma Nomiya l 번역: Sim Min Aa
Profile
Takuma Nomiya 의사・의학박사
임상의사로서 20년 이상 다양한 질병과 환자를 접하며 신체적 문제와 동시에 정신적 문제도 다루고 있다. 기초연구와 임상연구로 다수의 영문 연구 논문을 집필. 그 성과는 해외에서도 인정받아 직접 학술 논문을 집필할 뿐만 아니라 해외 의학 학술지로부터 연구 논문의 피어리뷰 의뢰를 받기도 한다. 증거 중심주의에 치우치지 않기 위해 미개척 연구 분야에도 관심을 기울이고 있다. 의료의 미래를 계속 탐구하고 있다.
https://www.researchgate.net/profile/Takuma-Nomiya
https://scholar.google.com/citations?user=DGtJE_kAAAAJ&hl=ko&oi=ao
인용문
원본글: NewLife Magazine_명상, 뇌, 행복 호르몬… 의학 시선의 진짜 이야기
인용문헌
*1. Volker Springel et al. Simulating the joint evolution of quasars, galaxies and their large-scale distribution. Nature June 2005. DOI: 10.1038/nature03597
*2. Millennium_Run−Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Millennium_Run
*3. 매크로 우주는 어떤 모양?
https://brunch.co.kr/@newlifekorea/31(Korean Version)
https://note.com/newlifemagazine/n/ndfd5e65abc17(Japanese Version)
*4. 양자 얽힘: Wikipedia, https://ja.wikipedia.org/wiki/量子もつれ
*5. ‘원격치유’는 과학적으로 증명할 수 있는가?
https://brunch.co.kr/@newlifekorea/12(Korean Version)
https://note.com/newlifemagazine/n/n349ffafbd715(Japanese Version)
*6. '의식'이 물질을 바꾼다는 것을 증명: 이중 슬릿 세계 규모 실험
https://brunch.co.kr/@newlifekorea/21(Korean Version)
https://note.com/newlifemagazine/n/n19342d9a4f56(Japanese Version)
*7. 매크로 우주는 어떤 모양?
https://brunch.co.kr/@newlifekorea/31(Korean Version)
https://note.com/newlifemagazine/n/ndfd5e65abc17(Japanese Version)
*8. Leslie Nemo. Brain Cells Blinking in Rhythm May Hold Clues to Alzheimer’s Disease. Scientific American. Feb 12 2021. https://www.scientificamerican.com/gallery/brain-cells-blinking-in-rhythm-may-hold-clues-to-alzheimers-disease/#
*9. Vassa F and Feletti A. The Quantitative Comparison Between the Neuronal Network and the Cosmic Web. Frontiers in Physics 2020(8), 525731. doi: 10.3389/fphy.2020.525731
*10. Bryan GL, Norman ML, O’Shea BW, Abel T, Wise JH, Turk MJ, et al. ENZO: an adaptive mesh refinement code for astrophysics. Astrophys J. (2014) 211:19. doi: 10.1088/0067-0049/211/2/19 *11. https://cosmosimfrazza.myfreesites.net/cosmic-web-and-brain-network-datasets
*12. 파워 스펙트럼-천문학 사전 https://astro-dic.jp/power-spectrum/
*13. Hansen DL, Shneiderman B, Smith MA, Himelboim I. Social network analysis: measuring, mapping, and modeling collections of connections. In: DL Hansen, B Shneiderman, MA Smith, I Himelboim, editors Analyzing social media networks with NodeXL. 2nd ed. Chap. 3, Morgan Kaufmann (2020) p. 31–51. doi: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-817756-3.00003-0
*14. Golbeck J. Network structure and measures. In: J Golbeck, editor Analyzing the social web. Chap. 2. Boston: Morgan Kaufmann (2013) p. 25–44. doi: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-405531-5.00003-1
*15. Erdős–Rényi model−Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Erdős–Rényi_model
*16. Erdös-Rényi(ER)モデルにおける平均次数、クラスタ係数、次数分布の求め方https://zenn.dev/aobaiwaki/articles/78b09d8b711fc9
이미지 인용
*a. Photo "Neurons thriving in a petri dish" by Matheus Victor, M. I. T. in article by Leslie Nemo. Brain Cells Blinking in Rhythm May Hold Clues to Alzheimer’s Disease. Scientific American. Feb 12 2021. https://www.scientificamerican.com/gallery/brain-cells-blinking-in-rhythm-may-hold-clues-to-alzheimers-disease/#
*b. https://wwwmpa.mpa-garching.mpg.de/galform/virgo/millennium/
*d. https://hellobio.com/media/catalog/product/f/i/fig2_1.jpg
*e. https://dendrotek.ca/blogs/scientific-papers/dendritic-polyglycerol-amine-1
*f. https://twitter.com/franco_vazza/status/1189539086375247872
*g. https://www.freepik.com. image by benzoix
*h. https://www.freepik.com. image by kjpargeter
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참된 나로 사는 것이 무엇인지 배우는 모던미스테리스쿨은 8,000년간 계승되어 온 형이상학, 우주의 보편적 법칙과 진리를 전수합니다. "Know Thyself = 너 자신을 알라" 세상에서 가장 놀라운 신비는 바로 당신을 알아가는 것. 이 지상의 어디에서도 체험할 없는 매직과 기적이 당신을 기다립니다.
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