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과학과 놀자

'나비효과' 활용한 코로나19 확산 시뮬레이션 모델…사회적 거리두기 등 방역정책의 효과 과학적으로 증명

신종 코로나바이러스 감염증(코로나19)이 세계를 강타했다. 감염자 수는 한 해가 지난 지금도 줄어들지 않고 여전하다. 감염성 질병은 어떻게 전파되는가? 질병이 감염되고 확산되어 가는 것은 사람들 사이에 소문이 전파되는 것이나 뉴런 사이에서 정보가 퍼져나가는 것과 본질적으로 같은 현상이다. 이들 현상을 하나의 모형으로 만드는 데는 2020년 현재 (1)미분방정식 방법을 사용하거나 (2)복잡계에 기반해서 대용량 슈퍼컴퓨터를 이용하는 방법이 있다. 둘 다 응용수학의 한 갈래인데, 시뮬레이션(시늉내기, 전산모사)을 진행할 때 어디에 초점을 두는가 하는 점이 다르다.  미분방정식을 활용한 질병전파 모델미분방정식 방법을 이용하는 경우는 사회 구성원을 하나의 큰 떼(무리, 덩어리)로 본다. 주로 ‘S-(E)-I-R 모형’을 활용하는데, SEIR는 (정상인)감염 대상군(Suspectible), 질병 노출(Exposed), 감염(Infectious), 회복(Removed)의 영어 단어 앞 글자를 따온 말이다. 미분방정식을 쓴다는 것은 욕조에 물을 채우는 상황에 비유될 수 있다. 감염인구 무리를 하나의 욕조라고 한다면, 여기에 물을 채우는 수도꼭지는 감염률이 된다. 이들 수도꼭지를 열고 닫는 것은 질병의 특징으로서 전염 강도 및 감염인구와 비감염인구의 접촉 수에 의해 결정된다. 그리고 물을 빼는 배수꼭지는 회복률로 비유된다. 이 S-I-R 모형은 1927년 영국 생화학자 W O 커맥과 병리학자 A G 매켄드릭이 질병 유행의 초기 조건과 확산 정도를 예측하기 위해 사용하면서 처음 제안됐다.S-E-I-R 모형은 S와 I 사이에 접촉군 단계 (E)를 추가한 모형이다. 즉 잠복기가 고려되어 있다. 인구 떼(무리)의 상태를 늘림으로써 다양한 모형을 만들거나

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팬데믹이 뭐길래…전염병, 세계 역사를 움직였다

1980년 5월 8일 세계보건기구(WHO)가 ‘천연두 종식’을 선언했을 때만 해도 인류는 ‘전염병과의 전쟁’에서 승리했다고 믿었다. 하지만 착각이었다. 2003년 사스(중증 급성호흡기증후군)를 시작으로 2009년 신종 인플루엔자(신종플루), 2015년 메르스(중동호흡기증후군), 2016년 지카바이러스에 이어 최근 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19)까지 21세기 들어서도 인류를 위협하는 대규모 전염병 발생이 줄을 잇고 있다. 세계화로 국경을 넘어선 교류가 활발해진 영향으로 분석된다.교류와 함께 커진 전염병 위협인류사를 바꾼 대규모 전염병들은 교류 확대의 ‘부산물’ 성격이 강했다. 이전에는 접하지 않던 지역과의 교류가 늘면서 새로운 풍토·생물과의 접촉이 자연스럽게 증가했다. 이에 따라 각 지역에 독자적으로 존재하던 질병이 세계로 퍼졌고 새로운 병도 등장했다. 전염병 확산은 여러 지역으로 사람이 이동하고 좁은 공간에 운집하며 생활환경이 악화한 전쟁 시기에 특히 두드러졌다. 펠로폰네소스 전쟁에서 고대 아테네를 그로기 상태로 몰아넣은 정체불명의 역병이 대표적이다.정치적 요인, 과학 발전에 따라 과거 전혀 별개의 세계로 작동하던 생태계와 접촉한 것이 재앙이 되는 경우가 많았다. 근세 초 유럽을 강타한 흑사병도 몽골제국 등장으로 동서 교류가 활발해진 점이 근본 원인으로 꼽힌다. 역사학자 윌리엄 맥닐에 따르면 흑사병은 원래 미얀마 지역 풍토병이었지만 몽골제국의 확장으로 코로나19가 발생한 중국 후베이 지역 등에서 위세를 떨친 뒤 동서교역로를 따라 유럽까지 서진(西進)했다.16세기 중남미의 천연두는 ‘콜럼버스의 교환(인간의 교류로 인해