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과학적 발견의 패턴 (사이언스 클래식 8) 본문

사이언스북스의 책/사이언스 클래식

과학적 발견의 패턴 (사이언스 클래식 8)

Editor! 2007.03.09 17:41



과학적 발견의 패턴

과학의 개념적 기초에 대한 탐구

PATTERNS OF DISCOVERY

사이언스 클래식 8


현대 물리학의 최신 성과를 바탕으로 과학 철학의 새로운 지평을 제시한 고전


인디애나 대학교, 예일 대학교 철학과 교수로 재직하면서 미국 과학철학의 기초를 닦은 천재 과학철학자 노우드 러셀 핸슨의 「과학적 발견의 패턴」은 갈릴레오와 케플러부터 뉴턴을 거쳐 현대 양자 물리학까지 물리학자들의 연구 방법론을 분석하면서 과학 연구가 정보를 축적하는 단순한 귀납이나 제일원리에서 유도해 내는 순수한 연역에 의해서 만들어지는 것이 아니라, 문제를 발견하면 가설을 제시하고 가설(이론)에 근거한 실험을 통해 가설을 검증하고 보다 발전된 가설, 즉 이론을 구축해 나가는 진행형의 과정임을 보여 준다. 따라서 과학은 완성된 체계로 존재하는 것이 아니라 언제나 미완성의 체계로 존재한다.  

노우드 러셀 핸슨은 이 책에서 근대 고전 물리학과 현대 양자역학이 탄생한 과정을 치밀하게 분석하면서 관찰이 무엇이고, 이론은 어떻게 생겨나며, 이 둘의 관계가 무엇인지, 그리고 모든 과학의 밑바탕을 이루는 인과성의 본질의 본질이 무엇인지 파헤친다.

과학사적 연구 성과들을 바탕으로 핸슨은 과학적 발견이 관찰 정보를 집적해 놓은 곳에서 자연발생적 귀납을 통해 이루어지는 것도 아니며 제1원리에서 연역하거나 논리적 반증을 통해서 이론적으로 이루어지는 것도 아닌, 훨씬 더 복잡하고 역동적이며 심오한 지적 투쟁의 과정임을 보여 준다. ‘관찰이 이론의 등에 업혀 있다’는 관찰의 이론 의존성을 과학 철학적으로 명확히 한 이 책은 패러다임 개념의 아버지 토머스 쿤, 임레 러커토시 등 후대 과학 철학자들에게 지대한 영향을 끼쳤고 과학의 객관성과 인과성을 비판적으로 바라보는 현대 과학 철학의 출발점 중 하나로 평가받고 있다. 


과학사 없는 과학 철학은 공허하며 과학 철학 없는 과학사는 맹목적이다!


이 책의 논점은 이론의 사용이 아니라 이론의 발견이다. 내가 관심을 갖는 것은 가설의 검증이 아니라 가설의 발견이다. 나는 관찰, 사실, 자료 들이 일반적인 물리적 설명 체계 안에 어떻게 조직되는가를 살펴보지는 않을 것이다. 대신에 이러한 설명 체계가 어떻게 우리의 관찰과 사실 및 자료에 대한 우리의 해석에 조직화되는가를 살펴볼 것이다. 이렇게 함으로써만이 양자론의 용어와 양자론의 기초에 대한 해석에서의 차이점들을 이해할 수 있게 될 것이다. -본문에서


물리학은 단순히 세계를 향한 감각의 체계적인 표출만이 아니다. 이것은 또한 세계에 대해서 사고하는 방법이며 개념을 형성하는 방법이다. 새로운 패러다임을 발견하는 사람은 다른 모든 정상적인 관찰자가 발견하고 기록하는 것을 발견하고 기록하는 사람이 아니라 익숙한 사물로부터 지금까지 아무도 발견하지 못했던 것을 발견해 내는 사람이다. -본문에서


노우드 러셀 핸슨은 다양한 과학사적 연구 성과와 퍼스의 귀추론을 토대로, 과학철학이 1920∼1930년대 빈 학파의 논리실증주의적 과학철학과 포퍼의 반증주의적 과학철학 그리고 그 외 귀납주의적 과학철학을 극복하고 실험이 실험 이전의 이론에 의존한다는 실험의 이론 의존성과, 과학 지식이 순수하게 객관적인 지식이 아니라 사회적 환경의 지대한 영향을 받는다는 사회 구성성을 강조하는 현대 과학철학으로 발전하는 데 다리 역할을 한 철학자로 높은 평가를 받고 있다.

이 책 「과학적 발견의 패턴」은 노우드 러셀 핸슨의 장대한 과학철학 재구축 프로젝트의 일부였다. 핸슨은 과학사를 분석하여 과학 연구 자체가 실제로 어떻게 진행되는지 분석함으로써 기존의 공허한 과학 개념 논쟁을 종식시키려고 했고, 심리학적 분석 성과를 철학에 도입함으로써 과학 연구자의 행위 자체를 과학철학의 분석 대상으로 삼고자 했다.

노우드 러셀 핸슨의 프로젝트 목표는 이 책에 전형적으로 구현되어 있다. 핸슨은  「관찰」, 「사실」, 「인과성」, 「이론」, 「고전 입자물리학」, 「소립자물리학」라는 여섯 개의 장에서 ‘관찰’이란 무엇이며, ‘이론’은 어떻게 생겨나며, ‘인과성의 본질’은 무엇인가 하는 철학적 질문을 던질 때 언제 과학사적 사실을 참조한다. 실제로 튀코 브라헤와 케플러의 ‘관찰’의 차이는 무엇이었는가?, 지동설 지지자들과 천동설 지지자들의 ‘사실’은 무엇이었는가? 뉴턴과 라플라스가 가진 ‘인과성’ 개념은 무엇이었는가? 물리학자들이 소립자라고 할 때 지칭하는 것은 무엇인가? 하는 질문들을 끊임없이 던지고 설명하면서 과학철학의 핵심 개념들을 재구축한다.

또한 과학자들이 실험을 정리하고 이론을 전개할 때 사용한 과학 용어, 언어 등을 치밀하게 분석하여 과학자들이 실험하기 전에 자신이 예상하는 실험 결과가 나올 수 있도록 실험을 조직화했으며(조작이 아니라), 다른 결과가 나오면 그 결과를 적절하게 설명할 수 있는 이론을 얻기 위해 실험을 새롭게 조직화함으로써 과학을 발전시켜 나갔음을 생생하게 보여 준다.

“인간은 어떤 통찰을 가지는데 그것은 실수하는 것보다는 더 옳을 수 있을 만큼 충분히 강력하지는 못하다. 그렇지만 그것은 아주 실수투성이가 되지 않을 만큼은 충분히 강력하다.”라는 철학자 퍼스의 말처럼 과학은 완전한 지식은 아니지만 그렇다고 그냥 버려야 하는 지식도 아니다. 과학적 지식의 불완전성과 완전성을 추구하는 과학자들의 노력을 함께 보려고 했던 핸슨의 과학철학 재구축 프로젝트는 핸슨이 불행한 비행기 사고로 43세의 젊은 나이에 유명을 달리하면서 일시 중단되었다. 그러나 핸슨의 이러한 재구축 프로젝트의 아이디어는 토머스 쿤에게 계승되어 ‘과학 혁명’이라는 개념과 ‘패러다임’이라는, 20세기를 뒤흔든 과학철학 개념을 낳기에 이른다.

1장 「관찰」 이 장에서는 과학에서 관찰의 본성이 무엇인지를 논의한다. 같은 천문 데이터를 보았지만 전혀 다른 천문 이론을 내놓은 튀코 브라헤와 케플러를 비교하면서 동일한 그림을 어떻게 다르게 볼 수 있는지 설명한다. 당대 심리학의 성과를 과학철학에 도입하면서 관찰자의 무의식 중에 진행되는 ‘개념적 조직화’가 관찰자로 하여금 사물을 기존에 가지고 있던 개념, 이론, 지식에 맞춰 보게끔 만듦을 설명한다.

2장 「사실」 이 장에서는 과학적 사실이라는 것이 객관적인 존재가 아니라 그것을 사실로 보게끔 만드는 맥락(상황)에 좌우되는 존재임을 보여 준다. 현대 20세기 중후반 이후 철학에서는 낯설지 않은 개념이지만 과학적 사실은 절대 사실일 수밖에 없다고 믿었던 1950년대 상황 속에서는 충격적인 주장이었다.

그는 이러한 그의 주장을 갈릴레오, 데카르트, 비크만의 자유 낙하 운동에 관한 논의를 인용하여 전개해 나간다. 갈릴레오에게는 사실로 보인 것이 데카르트에게는 전혀 그렇지가 않았으며, 데카르트에게는 사실인 것이 마찬가지로 비크만에게는 그렇지를 못했다. 이것은 그들이 서로 다른 언어 체계로 사실을 형상화하였기 때문이며, 방향을 서로 다르게 잡았기 때문이다. 즉 사실의 형성도 관찰과 마찬가지로 이론 적재적이라는 것이다.

3장 「인과성」 이 장에서는 과학적 인과 관계 역시 맥락에 의해 결정됨을 보여 준다. 어떤 사건의 원인을 무엇으로 잡을지는 그 사건을 관찰하고 분석하는 과학자 혹은 연구자의 이론에 따라 달라진다는 것을 갈릴레오의 운석공 연구를 통해 보여 준다. 핸슨에 따르면 필연적 인과 관계는 없다. 다만 사건과 사건을 ‘필연적 관계’로 연결하는 이론만이 있을 뿐임을 보여 준다. 사건과 사건을 이어 주는 접착제는 자연이 아니라 인간의 이론이 만드는 것이라는 주장이다.

4장 「이론」 이 장에서는 케플러가 행성 궤도가 타원 모양임을 깨닫게 되는 과정을 설명하면서 과학 연구가 귀납적도, 연역적도 아닌 귀추적인 과정임을 보여 준다. 가설과 가정, 실제 실험 데이터와 오류들, 철학적 망상과 수학적 엄밀성 추구가 뒤섞인 복잡하고 심오한 과정이 과학 연구 과정의 핵심임을 알려 준다.

그리고 하나의 과학 이론은 관찰된 현상들로부터 짜 맞추어진 것이 아니라, 오히려 현상들을 특정한 이론으로 설명되는 현상으로, 다른 현상과 연관된 현상으로 체계화하는 것임을 보여 준다. 핸슨에 따르면 하나의 이론은 하나의 전제를 찾기 위한 결론들의 집합이다. 즉 결론이 먼저 있고, 최초의 전제가 설명되는 식이다.

5장 「고전 입자물리학」 이 장에서 뉴턴의 운동 제1법칙과 제2법칙 그리고 만유인력의 법칙이 처음에는 몇 가지 작은 현상을 설명하는 단순한 패턴에 지나지 않았으나 시간이 흐름에 따라 사람이 태어나기 전부터 가진 선험적인 명제로 격상되는 과정을 추적한다. 뉴턴의 운동 법칙이 사람들의 관찰과 분석 그리고 추론 자체를 통제하는 ‘과학적 발견의 패턴’으로서 기능하게 되는 현상을 해부한다.

6장 「소립자물리학」 이 장에서는 고대의 원자론자들에서 현대 양자 물리학자들까지 변천해 온 ‘물질’ 개념을 살핀다. 현대 양자 물리학자들이 입자처럼 행동하다가도 파동처럼 행동하는 원자, 양성자, 중성자, 전자 등의 소립자를 설명하기 위해 만들어 낸 개념적 패턴, 즉 불확정성 원리, 상보성 원리, 파동 함수 등이 등장하게 된 귀추적 역사를 논의한다. 이로써 현대 물리학의 개념들이 새로운 현상을 설명하고 발견하고 예측하기 위한 ‘과학적 발견의 패턴’임을 보여 준다.



차례 


감사의 말 / 머리말

1장·관찰 / 2장·사실 / 3장·인과성

4장·이론 / 5장·고전 입자물리학 / 6장·소립자물리학

부록 I / 부록 II / 주(註)

옮긴이 해제 / 옮긴이 후기 / 찾아보기


노우드 러셀 핸슨(NORWOOD RUSSELL HANSON, 1924-1967년)

1924년 미국 뉴저지 주에서 태어난 과학 철학자 노우드 러셀 핸슨은 처음부터 과학 철학 분야를 전공한 것은 아니었다. 청소년기에는 뉴욕 필하모닉 오케스트라의 수석 트럼펫 주자였던 윌리엄 바치아노(William Vacchiano)에게 가르침을 받고 카네기홀에서 연주를 할 정도로 촉망받던 트럼펫 연주자였다. 그러나 제2차 세계 대전 당시 징병되어 해병대 전투기 조종사로 복무하면서 그의 인생 진로는 크게 바뀌었다. 전쟁 기간 중 태평양 전선에서 2000시간 넘게 출격하여 많은 전공을 세웠고 그것으로 공군 십자 훈장 등 여러 훈장을 받았다. 전쟁 종결 후 사회로 복귀하면서 트럼펫 연주자가 아니라 학자로서의 인생을 새롭게 시작했다. 전역 군인들을 위한 장학금 제도를 이용해 시카고 대학교에서 학사 학위를, 컬럼비아 대학교를 석사 학위를 받았고, 풀브라이트 장학금으로 영국의 옥스퍼드 대학교(1955년)와 케임브리지 대학교(1956년)에서 복수의 박사 학위를 받았다. 1957년 미국으로 돌아와 인디애나 대학교에 과학사 및 과학 철학과를 설립해 교수로 재직했고, 프린스턴 고등 과학원의 연구원으로 일했다. 1960년부터 1963년까지는 인디애나 대학교의 과학사 및 과학 철학과의 학과장으로 재직했으며 1963년부터 1967년까지 예일 대학교 철학 교수로 일하며 연구와 저술, 그리고 교육 활동에 매진했다. 1967년 개인 소유 비행기로 뉴욕 주 이타카 근처를 비행하다가 추락 사고로 43세의 젊은 나이에 세상을 떠났다. 그때 10권의 저술을 동시 작업 중이었다고 한다.

한창 연구를 하던 시절에 세상을 떠났기 때문에 저술은 많지 않다. 그러나 생전에 출간된 「과학적 발견의 패턴(Patterns of Discovery)」(1958년),    양전자의 개념(Concept of the Positron)  (1963년), 그리고 제자였던 윌러드 험프리스(Willard C. Humphreys)가 유고를 편집해 출간한   지각과 발견(Perception and Discovery)  (1969년) 등을 통해 과학사와 과학 철학 연구에 귀추적 개념을 도입했고, 패러다임 개념의 창시자인 토머스 쿤과 구성주의자들 같은 과학학자들에게 많은 영향을 끼친 것으로 평가되고 있다.  


옮긴이 송진웅

현재 서울 대학교 물리교육과 교수로서, 런던 대학교 킹스칼리지에서 과학교육학으로 박사 학위를 취득했으며, 대구 대학교 교수, 런던 대학교 방문 교수, 한국과학교육학회 편집 위원장, 서울 대학교 사범 대학 기획실장 등을 역임했다. 현재 유네스코 한국위원회 위원, BK21 미래사회과학교육연구사업단 단장 등을 맡고 있다. 저서로는   과학사와 과학교육  (공저),   학생의 물리 오개념 지도  (공저),   과학의 역사적 이해  (공저), 번역서로는   물리학의 역사와 철학   등이 있다.


옮긴이 조숙경

현재 국가과학기술자문회의 홍보 위원으로 런던 대학교 킹스칼리지 과학사 과학철학과에서 석사 학위를, 서울 대학교 자연과학 대학원 협동 과정 과학사 과학철학과에서 박사 학위를 취득했다. 영국 런던 과학 박물관 방문 연구원, 한국과학문화재단 전문위원실장, 홍보협력실장 등을 역임했다. 한국과학사학회 이사이자 세계과학커뮤니케이션네트웍(PCST) 과학위원회 이사이다. 저서로는   과학의 역사적 이해  (공저),   노벨과학상  (공저), 번역서로는   2500년 과학사를 움직인 인물들    데이팅 게임   등이 있다.


인터넷 서점 링크

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