과학적 사고의 중요성(1)

행복한 엔지니어의 뉴스레터 (제 265 호)

 

【 과학적 사고의 중요성(1) 】

 

어떤 주장이 과학적인가를 판단하는 기준은 무엇일까? 미국의 과학철학자 L. 라우든은 과학사를 살펴보면 한때 보편적으로 인정받았지만 이미 오래 전에 폐기되었거나 대폭 수정된 이론들이 무수히 많다고 말한다. 고대 및 중세 천문학의 수정구, 의약 분야의 체액론, 열소설, 전자기 에테르 등은 당시의 기준에서 성공적인 이론으로 평가받았으나 결국 버림받고 말았다. 당시에는 진리로 인정받았던 이런 이론들이 어떤 과정을 거쳐서 폐기되고 새로운 이론이 과학적이라고 인정받은 것일까? 과학철학자 토마스 쿤은 패러다임의 변화란 용어로 새로운 과학적 주장의 출현을 설명하고 있다. 어떤 이론이 관찰된 현상을 제대로 설명하지 못하는 경우가 발생하면, 이를 포괄적으로 설명할 수 있는 새로운 이론이 등장하는 현상을 패러다임의 변화라고 한다. 그러니까 과학 이론은 절대 불변의 진리가 아니라, 언제나 잠정적 판단으로 간주된다. 즉 과학 이론은 더 많은 증거 수집과 고찰을 통해 언제든지 수정될 수 있는 것이다. 저명한 심리학자인 W. 제임스(William James, 1842~1910)는 이를 ‘작업가설(working hypothesis)’이라고 불렀다. 현재의 증거에 근거하여 어떤 과학 이론을 수용했지만, 내일은 새로운 증거에 관한 수정된 해석을 토대로 전혀 다른 이론을 받아들일 수도 있다는 의미다. 여기서 새로운 증거에 관한 수정된 해석을 토마스 쿤은 패러다임 변화라고 표현한 것이다. 패러다임의 변화란 일반적인 의미에서 특정 과학자 집단을 하나로 묶어 주는 다수의 공통된 가정들로 이루어진 집합을 말하며, 더 구체적이고 제한적인 의미로는 지금까지 성공을 거둔 과학적 설명을 가리킨다. 즉 과학 이론은 언제든지 바뀔 수 있기 때문에 대개의 경우 ‘이것이 사실임을 과학이 증명하였다’가 아니라 ‘현재 대부분의 과학자들은 이것이 사실이라 믿고 있다’라고 표현해야 하는 것이다. 그런데 이런 패러다임의 변화는 과학적 사고를 기반으로 출현하게 된다. 그렇다면 이처럼 중요한 과학적 사고란 무엇인가? 쉬운 것 같지만 막상 구체적으로 설명하기란 쉽지가 않다. 이제부터 서울대 물리학과 최무영 교수의 <최무영 교수의 물리학 강의>(책갈피, 2008년) 책에 실린 내용을 중심으로 과학적 사고에 대해 살펴보기로 하겠다.

과학적 사고의 첫째 요소는 기존 지식에 대해 ‘의식적으로 반성’하는 것이다. 최무영 교수는 과학적 사고의 전형적인 예로 갈릴레이의 낙하 실험을 들고 있다. 당시에는 무거운 물체와 가벼운 물체를 떨어뜨리면 무거운 물체가 먼저 떨어진다고 생각했다. 실제의 관찰 결과가 그랬으니 아무도 의심을 않은 것이다. 그런데 갈릴레이는 무거운 물체와 가벼운 물체가 동시에 떨어진다고 주장했다. 이러한 갈릴레이의 주장은 지금은 당연해 보이지만, 당시에 가장 영향력이 컸던 아리스토텔레스도 무거운 물체가 먼저 떨어진다고 주장했고, 실제 경험상으로도 무거운 물체가 먼저 떨어지는 것으로 관찰되기 때문에 너무나 획기적인 일이었다. 이렇게 사회적인 보편지식에 반하는 ‘의식적인 반성’을 하는 것이 바로 과학적 사고의 출발점이라고 볼 수 있다.

천동설이 사회적으로 받아들여지고 있던 중세에 지동설을 주장했던 코페르니쿠스도 과학적 사고를 보여준 또 하나의 전형적인 예로 꼽을 수 있다. 아무리 사회적으로 보편진리라고 받아들여지고 있다 할지라도, 관찰된 결과에 근거해서 다른 주장을 할 수 있는 것이 바로 과학적 사고라는 것이다. 뉴턴의 고전역학이 진리라고 받아들여지고 있을 때, 우주를 관찰하면서 고전역학에 대한 모순을 발견하고 이를 수정하는 상대성 이론을 생각해낼 수 있었던 아인슈타인도 과학적 사고를 가졌다고 볼 수 있다.

과학적 사고의 둘째 요소는 ‘지식의 정량화’다. 무거운 물체가 가벼운 물체보다 먼저 떨어진다는 생각은 ‘정량적 사고’를 통해 모순이 드러난다. 예를 들어 무거운 물체와 가벼운 물체를 묶어서 떨어뜨리면 어떤 현상이 일어나야 하는가? 두 물체를 묶으면 따로 따로 떨어뜨릴 때보다 더 무거워지기 때문에 더 빨리 떨어져야 한다. 하지만 실제로는 무거운 물체와 가벼운 물체의 중간 속도로 떨어지게 된다. 즉 모순이 생기게 되는 것이다. 하지만 두 물체는 원래 동시에 떨어져야 하는데, 공기 저항 때문에 무거운 물체가 먼저 떨어진다는 갈릴레이의 사고를 통해 보면 이 문제는 해결이 된다.

 

(너무 길어서 다음 주에 나머지 부분을 보내 드리겠습니다.)

 

 

행복한 미래를 만드는 기술자

 

김송호 dream

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