과학이란 무엇일까?

현대사회는 과학으로 이루어져 있다고 해도 과언은 아니다. 그렇기에 우리는 학교에서 많은 시간을 과학을 배우는데 쓰지만, 정작 과학이 뭐냐고 물어보면 말문이 막히는 경우가 많다. '과학적'이라고 하면 과학적이지 않은 것보다 뭔가 더 확실한 느낌이 들고, 현대사회는 과학으로 이루어져 있는데 과학은 과연 뭘까?

 

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과학의 정의?

과학은 쉽게 말해 과학적 방법론을 통해 얻어진 지식을 말한다. 하지만 이는 그래서 과학적 방법론이 뭔지 하는 의문을 여전히 우리에게 남겨준다. 그리고 과학적 방법론이라는 말을 듣는 순간 수업시간에 배웠던 고리타분한 이미지가 떠오르는 사람도 있을 것이다. 하지만 과학적 방법론은 전혀 어려운 것도 아니고, 지극히 상식적인 것이다.

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과학적 방법론이란 뭘까?

과학적 방법론은 우리가 만약에 외계 생물체를 마주쳤을 때 할 지극히 상식적인 행동을 체계화한 것이다.

 

우리가 외계 생물체에 대해 더 알고 싶을때, 어떤 행동을 취해야 할까? 우선 뭐를 알고 싶을지 정해야 한다. 이 외계 생명체를 딱 보니 뿔 같은 게 달려 있다. 이 뿔의 역할을 알고 싶다고 하자.

 

그렇다면 우리는 먼저 관찰을 할 것이다. 외계 생명체가 뿔을 어떻게 사용하는 거 같은지, 혹은 뿔의 구조를 알고 싶다면, (잔인하지만) 외계 생명체를 잡아서 뿔을 해부해 관찰할 수도 있다. 관찰하고 이를 면밀히 기록한다. 관찰에는 2가지 종류가 있는데, 숫자로 나타낼 수 있는 관찰 결과와 말로 기록한 관찰이다. 특히 숫자로 하는 기록을 중요시해야 한다. 숫자로 기록할 수 있다는 것은, 면밀한 분석이 가능하기 때문에 특히 중요하다!

 

관찰을 마치면 다음은 뭐를 해야 할까? 이제 가설을 새워야 한다. 가설은 면밀히 세울 필요는 없다. 관찰 결과를 보고 떠오르는 아이디어를 가설로 세우면 된다. 물론, 좋은 가설을 세워야 결론적으로 유리하긴 하다. 관찰 결과 외계 생명체의 뿔은 아무 역할로 없어 보이지만 가끔 빛난다. 어떨 때 빛나는 것일까? 지금 돌이켜 생각해 보면 왠지 습할 때 외계 생명체의 뿔이 빛난 거 같았다. 우리의 가설은 "습도가 높을 때 뿔이 빛난다"로 정했다!

 

이제 가설을 세웠다. 가설을 세웠다면 이제 그 가설을 실험해 봐야 한다. 실험에서 가장 중요한 것은 우리가 세운 가설의 결과가 우리가 특정한 원인이 때문인지를 보는 것이다. 즉, 조건을 다 똑같이 하고 원인만 조금씩 바꿀때 결과도 의도한 대로 바뀐다면, 원인이 결과를 초래한다고 말할 수 있을 것이다. 여기서 결과를 일어나게 하는 조건을 독립변수라 하고, 조건에 의해 나타난 결과를 종속변수라 한다. 그리고 실험과 상관없는 변수를 기타 변수라 한다. 통제된 실험이란 기타변수를 동일하게 유지하고 독립변수를 조정해 종속변수의 변화를 보는 것이다. 다시 외계 생명체로 돌아온다면, 독립변수는 습도고, 종속변수는 뿔이 빛나는 정도이다. 기타변수는 습도 이외의 온도, 시간대 등이 있을 것이다. 통제된 실험은 습도 이외의 모든 조건을 동일하게 하고, 습도만 올렸을 때 뿔이 얼마나 빛나는지 보는 것이다. 실험 결과 뿔의 밝기가 점점 밝아지기 시작했다! 아무래도 실험은 성공적인 거 같다.

 

이제 성공적으로 실험 데이터를 모았다. 이제 실험 결과를 분석해야 한다. 보통 복잡한 실험에는 데이터 분석에 각종 통계적 방법이 쓰이지만, 우리가 한 간단한 실험에서는 그래프를 그려보는 것 만으로 충분하다.

 

(우상향 하는 그래프)

 

아무래도 습도랑 뿔의 밝기는 정말로 상관이 있는 거 같다!

 

이제 실험이 성공적으로 마쳤다면 다른 여러 조건에서도 실험을 계속해야 한다. 그리고 여러 실험 결과가 압도적으로 가설을 지지한다면 우리의 가설은 이론이 된다. 단순한 관찰을 통해 알아낸 변수들의 수학적 관계를 나타내는 식은 법칙이라고 한다. 일반적인 인식과는 달리 법칙이 더 확실한 과학적 명제는 아니다. 둘은 다를 뿐이다. 그리고 이론은 일상생활에서 우리가 쓰는 이론과는 다른 의미이다. 일상생활에서 쓰이는 이론의 어법은 과학에서는 가설과 비슷하다. 과학적 이론은 모든 실험 결과가 하나도 빠짐없이 그 가설을 지지할 때 가능하다.

 

여기서 알 수 있듯이 과학적 방법론은 우리가 사고하는 과정을 조금 더 엄밀하게 다진 것뿐이다.

 

정리하자면, 과학적 방법론은 아래와 같은 순서로 이루어진다.

 

관찰 -> 가설 -> 실험 -> 분석 -> 법칙/이론

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과학이 가정하고 있는 철학적 입장

하지만 이게 다 일까? 우리가 일반적으로 과학적으로 사고한다고 할 때, 단순히 과학적 방법론을 적용하는 것을 의미하지는 않는다. 과학을 배우면 과학자들이 흔히 공유하는 철학이나 사고방식을 익히게 된다. 과학적으로 사고한다는 것은 이러한 사고방식을 익혀서 일상생활에 적용할 수 있다는 의미이다.

 

그렇다면 과학자들이 공유하는, 과학에서 가정하고 있는 철학은 무엇일까?

1. 방법론적 자연주의

자연주의란 세상에 초자연적인 존재(신, 정령, 귀신 등)는 존재하지 않고, 세상은 자연적인 법칙들에 의해서만 돌아가고 있다는 철학적 사상이다. 많은 과학자들이 자연주의적인 입장을 가지고 있다. 과학을 배우다 보면 우리가 한때 신이 그 원인 있었다고 믿는 일련의 행동들이 과학적인 원리에 의해 동작한다는 사실을 알게 되기 때문에 어쩌면 이는 자연스러운 현상이다. 번개는 토르에 의한 현상이 아니고, 과학적인 현상이다. 하지만 과학 그 자체는 자연주의를 말하지 않는다. 과학에서 이론이란, 반박이 한 번도 안 된 가설일 뿐이고, 앞으로도 100% 반박이 안 될 거라는 거는 절대 장담할 수 없다. (그렇다고 해서 모든 과학적 이론이 쓸데없거나 '가설'인 것은 절대 아니다.) 하지만, 과학이 만약에 초자연적인 존재가 존재한다고 가정했다면, 우주의 시작은 뭘까?라는 질문에 신이라는 대답을 내고 그만뒀을 것이다. 중력의 원인도 마찬가지고, 양자역학은 시작되지도 않았을지도 모른다. 그렇기 때문에 과학은 공식적으로는 자연주의를 말하지 않지만, 방법론적으로 자연주의를 채택한다. 즉, 과학을 함에 있어 초자연적인 존재가 없다는 가정을 하고 하는 것이다. 그렇기에 과학은 끊임없이 발전할 수 있었다.

 

2. 과학적 회의주의

철학적 회의주의와는 달리, 과학적 회의주의는 기존에 있던 과학적 지식에 반하는 주장이 나올 경우, 무조건 배척하지는 않지만 건전한 의심을 하고 판단을 일단 유보하자는 것이다. 우리는 일상생활에서 너무나도 많은 비과학적 마케팅과 비과학적 주장에 노출되어 있다. "좋은 게 좋은 거지~" 하고 유연하게 넘어가는 것은 어쩌면 현명할지도 모른다. 굳이 다른 사람들과의 마찰을 늘리면서까지 의심하고 따질 필요는 없다. 하지만 이는 속는 대상이 비타민이 과도하게 많은 시리얼일 경우에 한해서다. 만약 누군가가 우리 가족에게 접근해서 조상님이 화가 나서 돈을 바쳐야 한다고 했을 때, 기존 과학적 이론에 기반한 건전한 의심은 많은 도움이 될 것이다. 

 

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마치며

과학을 공부하면 얻을 수 있는 가장 큰 자산은 의외로 과학적 지식이 아닐 수도 있다. 과학적 사고방식을 익힘으로써 우리는 세상의 본질을 이해하고, 각종 비과학적 마케팅에 속지 않을 수 있다. 나는 대학에서 물리학 이외의 과학을 공부해 본 적은 없지만, 언제 가는 제대로 기초적인 과학을 공부해 보고 싶다.