Is our climate headed for a mathematical tipping point? - Victor J. Donnay

우리의 기후는 수학적 혼돈으로 나아가는가? - 빅터 도네이 (Victor J. Donnay)

번역: hangyeol lee 검토: jimin Hyun

For most of us, two degrees Celsius is a tiny difference in temperature,

우리한테 섭씨 2도의 차이는 그리 크지 않습니다.

not even enough to make you crack a window.

창문을 열고자 하는 충동이 들지도 않죠.

But scientists have warned that as CO2 levels in the atmosphere rise,

하지만 과학자들은 대기상에 존재하는 이산화탄소의 농도가 증가하고 있으며,

an increase in the Earth's temperature by even this amount

이에 따라서 지구의 온도가 이만큼만 증가해도

can lead to catastrophic effects all over the world.

전 세계에 엄청난 영향을 끼칠 것이라고 경고합니다.

How can such a small measurable change in one factor

어떻게 한 요소에서 일어난 작은 변화가

lead to massive and unpredictable changes in other factors?

다른 요소에 거대하고 예측 불가능한 변화를 낳는 걸까요?

The answer lies in the concept of a mathematical tipping point,

답은 수학적인 변곡점에서 출발합니다.

which we can understand through the familiar game of billiards.

이 효과를 익숙한 당구에 비유해서 이해해 보죠.

The basic rule of billiard motion is

기본적인 당구공의 움직임은

that a ball will go straight until it hits a wall,

공이 벽에 닿을 때까지 직선입니다.

then bounce off at an angle equal to its incoming angle.

그리고 벽에 닿으면 입사각과 같은 각도로 튀어 나오죠.

For simplicity's sake, we'll assume that there is no friction,

간단히 말하면, 마찰이 없다고 가정했을 때,

so balls can keep moving indefinitely.

공은 끊임없이 굴러갑니다.

And to simplify the situation further,

상황을 더 간단히 해보죠.

let's look at what happens with only one ball on a perfectly circular table.

완전한 원형 당구대에 공이 하나만 있다고 생각해 봅시다.

As the ball is struck and begins to move according to the rules,

공을 치면, 공은 물리법칙에 따라 이동하기 시작하며,

it follows a neat star-shaped pattern.

별 모양을 그립니다.

If we start the ball at different locations,

다른 위치에서 공을 치거나

or strike it at different angles, some details of the pattern change,

다른 각도로 공을 친다고 하더라도 모양의 변화는 있지만

but its overall form remains the same.

궤적의 전체 형태는 비슷합니다.

With a few test runs, and some basic mathematical modeling,

몇 번의 실험과 수학적 모델링을 거친다면,

we can even predict a ball's path before it starts moving,

우리는 공이 움직이기 전에 궤적을 예측할 수 있습니다.

simply based on its starting conditions.

공의 궤적은 시작 조건에 따라 달라지기 때문이죠.

But what would happen if we made a minor change

하지만 우리가 테이블의 모양을 조금 바꿔서

in the table's shape by pulling it apart a bit,

조금 늘여놓고

and inserting two small straight edges along the top and bottom?

테이블의 위와 아래에 2개의 직선을 넣으면 어떤 상황이 벌어질까요?

We can see that as the ball bounces off the flat sides,

우리는 공이 직선에 부딪혀 튀면

it begins to move all over the table.

당구대 어디로든 진행하는 것을 볼 수 있습니다.

The ball is still obeying the same rules of billiard motion,

공은 여전히 당구운동과 같은 법칙을 지키지만,

but the resulting movement no longer follows any recognizable pattern.

최종적인 궤적은 이제 알아볼 수 있는 모양을 그리지 않습니다.

With only a small change to the constraints

시스템이 운영되는

under which the system operates,

제한 조건을 조금 바꾸는 것만으로

we have shifted the billiard motion

우리는 당구공의 진행궤도를

from behaving in a stable and predictable fashion,

안정적이고 예측가능한 형태에서

to fluctuating wildly,

광범위하게 변동하게끔 바꿀 수 있습니다.

thus creating what mathematicians call chaotic motion.

결과적으로 수학자들이 혼돈 운동이라고 부르는 운동을 만들어내죠.

Inserting the straight edges into the table acts as a tipping point,

당구대에 직선을 넣어서 그게 변곡점으로 작용하고

switching the systems behavior from one type of behavior (regular),

시스템의 거동을 하나의 거동에서 (정상적)

to another type of behavior (chaotic).

다른 거동 (혼돈적) 으로 바꿉니다.

So what implications does this simple example have for the much more complicated

그렇다면 이런 단순한 예가 훨씬 복잡한 지구의 기후에 대해서는

reality of the Earth's climate?

어떤 영향을 미칠 수 있을까요?

We can think of the shape of the table as being analogous to the CO2 level

우리는 이산화탄소의 농도와 지구의 평균 온도를

and Earth's average temperature:

당구대의 모양과 연관지을 수 있는데,

Constraints that impact the system's performance

제약 조건들은 시스템의 성과에

in the form of the ball's motion or the climate's behavior.

공의 궤적 변화나 기후의 변화 형태로 영향을 끼칩니다.

During the past 10,000 years,

지난 만 년 동안,

the fairly constant CO2 atmospheric concentration of

아주 일정한 270ppm의 수치를 유지한

270 parts per million kept the climate within a self-stabilizing pattern,

이산화탄소의 농도는 기후를 자체적으로 안정되게 했고

fairly regular and hospitable to human life.

인간이 살아가기에 적당하고 쾌적한 농도였습니다.

But with CO2 levels now at 400 parts per million,

하지만 지금 400 ppm 의 이산화탄소 농도는

and predicted to rise to between 500 and 800 parts per million

다음 세기에는 500~800 ppm 에 다다를 것이라고 예측되고

over the coming century, we may reach a tipping point where

우리는 변곡점에 달할 수도 있습니다.

even a small additional change in the global average temperature

전 세계의 온도가 조금이라도 증가하면

would have the same effect as changing the shape of the table,

당구대의 모양을 바꾸는 것과 같은 효과인

leading to a dangerous shift in the climate's behavior,

심각한 기후 변화를 초래합니다.

with more extreme and intense weather events,

기후 현상이 더 극단적이고 격렬해지며,

less predictability, and most importantly, less hospitably to human life.

더 예측 불가능하고, 더욱 중요한 것은 인간의 삶을 어렵게 만들 것입니다.

The hypothetical models that mathematicians study in detail

수학자들이 자세히 연구하고 있는 가상의 모델은

may not always look like actual situations,

얼핏 보기에는 실제 상황처럼 보이지 않겠지만,

but they can provide a framework and a way of thinking

그것들은 현실 세계의 더 복잡한 문제를 해결하기 위해 적용할 수 있는

that can be applied to help understand the more complex problems of the real world.

사고방식과 그 틀을 제공해 줍니다.

In this case, understanding how slight changes

이 경우 시스템에 영향을 미치는 제약 조건의 작은 변화도

in the constraints impacting a system can have massive impacts

거대한 영향을 끼칠 수 있다는 것을 이해하는 것은

gives us a greater appreciation for predicting the dangers

우리의 감각으로는 즉각 인식할 수 없는 위험을

that we cannot immediately percieve with our own senses.

예측할 수 있다는 사실에 크게 감사하게 해줍니다.

Because once the results do become visible, it may already be too late.

왜냐하면 결과가 눈에 보이기 시작할 쯤에는 이미 늦었기 때문입니다.