흔히 혼돈과 동의어처럼 사용되는 카오스(chaos)는 본래 '캄캄한 텅 빈 공간'이라는 단어다. 그러나 현대과학에서 카오스는 겉보기에는 불안정하고 불규칙적이지만 나름대로 질서와 규칙성을 지닌 현상을 설명하려는 불규칙 결정론적 역학으로 해석되고 있다.

실제로 카오스 이론이 탄생하게 된 것도 20세기 초 고전물리학에서는 풀이과정이 복잡한 3체역학, 난류 등 비선형적 동역학을 연구하면서부터다. 그러나 이론적 발판은 1961년 미국 수학기상학자 에드워드 로렌츠가 '로렌츠 끌개'를 발견함으로써 마련됐다.

그의 이론이 나비효과로 알려진 이유는 1972년 미국 워싱턴DC에서 발표한 논문 '브라질에 있는 나비의 날갯짓이 텍사스주에 토네이도를 일으킬 수 있을까' 때문이다. 이 이론에서 중요한 것은 위상 공간상에서 정확한 점의 위치를 알지 못한다면 이후 점이 어느 쪽으로 움직일지 정확히 예측하는 것은 불가능하다는 것이다.

자연의 복잡성을 연구하는 복잡성 과학도 이 카오스 이론과 비평형계 과학에 뿌리를 두고 있다. 자연계의 규칙성과 복잡성을 다루고 있는 복잡성 과학은 수많은 구성 요소가 서로 상호작용하는 네트워크 연구로 확산돼 전체적 접근을 하고 있기 때문에 요즘 얘기되고 있는 통섭과학이라고 볼 수 있다. 카오스 이론을 바탕으로 한 복잡성 과학은 물리학뿐만 아니라 수학 의학 생물학은 물론 네트워크 경제학 등 다양한 분야에서 지금도 활발하게 연구되고 있다.

카오스 현상
일상 영어로서의 카오스(chaos)는 코스모스(cosmos)와 대비되는 개념으로 혼돈이나 무질서 상태를 의미하는 것이다. 하지만 과학에서 말하는 카오스 이론이란 겉보기에는 무질서해 보이지만 그 배후에는 어떤 결정론적인 법칙이 지배하는 경우를 말하는 것으로서, 불규칙하고 무질서하게 보이는 예측 불가능한 현상에서 모종의 규칙성을 찾는 것을 의미한다.
 
카오스 이론은 1961년 미국의 기상학자인 로렌츠(Lorenz)가 발표한 나비효과를 이론적 발판으로 시작하여 지금까지 활발히 연구되고 있다. 결정론적임에도 불구하고 예측이 불가능하고 초기 조건에 민감하다는 특징을 갖는 카오스 이론은 물리학 및 수학뿐만 아니라 생물학, 화학, 지질학, 공학, 생태학, 사회학, 경제학, 과학 철학 등 다양한 분야에 폭넓은 영향력을 미치고 있다.

대표적인 카오스 현상으로는 증권시장에서 주식가격의 변화, 나뭇잎의 낙하현상, 물이 끓는 현상, 담배 연기가 공중으로 올라가다 소용돌이치며 흐트러지는 현상, 회오리바람, 태풍이나 지진의 매커니즘 등이 있다.