과철이4. 과학은 반증?

Karl R. Popper

반증주의의 시조: 칼 포퍼(1902-1994)

• 생애
• 1902년 7월 28일 오스트리아 수도 빈(Wien)에서 유대계 변호사의 막내 아들로 태어남. 1994년 9월 17일 사망
• 1919년, 아이슈타인의 개기일식 관측 강연에 깊은 감명

아들러의 아이 정신분석 클리닉에서 자원 봉사

• 1928년, 심리학 박사 학위 취득
• 1934년, <과학적 발견의 논리> 출간
• 1938년, 나치의 유대인 박해를 피해 뉴질랜드로 이주
• 1945년, 영국으로 이주해 귀화

청강생으로 비엔나 대학 강의를 듣다가, 1922년에 고등학교 졸업 시험에 통과하고, 정식 학생이 됨

주창자

• 저서
• [과학적 발견의 논리](The Logic of Scientific Discovery, 1934)
• [열린 사회와 그 적들](Open society and its Enemies, 1945)
• [추측과 반박: 과학적 지식의 성장](Conjuctures and Refutations, 1963)

• 그의 사상 역정은 한 마디로, ‘전체주의와의 끈질긴 싸움’

“젊어서 마르크스에 빠지지 않으면 바보,

그 후에도 마르크스주의자로 남아 있는 건 더 바보”

반증주의가 보는 과학

반증주의 과학관

# 과학 이론의 '탄생'은...

• 편견없는 관찰에서가 아니라
• 사변적이고 가설적인 추측을 자유롭게 감행하는 데서 가능

# '과학자 공동체'는...

• 가장 이상적인 열린 사회
• 모두가 아이디어, 이론을 제안, 누구나 그것을 비판 가능

# '성공적인' 이론은...

• 가차없는 반증 테스트를 견뎌낸 것
• 못 견딘 이론은 버림 받고(반증당하고), 다른 대담한 추측이 대신

# 과학의 '진보'는...

• 시행착오, 즉, 과감한 추측과 가차없는 반박을 통해 이루어짐
• 모든 이론은 단지 아직까지 반증당하지 않은, 잠정적으로 참인 것

'반증가능하다'란?

그 가설과 모순되는 관찰진술이 논리적으로 존재할 수 있다

반증가능

+

실제 반증

'반증가능'의 의미

반증가능하지 않은 주장들

• "비가 오거나 오지 않는다."
• 이와 모순된 진술이 불가능하므로 반증불가능

• "유클리드 기하학에서 원둘레 위의 모든 점은 중심에서 같은 거리에 있다."
• 원을 '정의'한 것이므로 반증불가능.
• 같은 거리에 있지 않은 점의 모임은 원이 아니게 됨
• "총각은 결혼 안한 남자다."란 정의도 마찬가지

• "83년생, 뜻밖의 일에 항상 대비해야 한다."
• 뜻밖의 일이 일어나지 않았어도, 대비해서 그렇다거나 눈치 못한 것으로 둘러대 어떤 모순 관찰도 배제

반증가능한 주장들

• "오늘 '과철이' 수업은 휴강이다."
• "오늘 '과철이' 수업한다."(모순+관찰가능)
• "모든 물체는 열을 받으면 팽창한다."
• "물체 x는 시간 t에 열을 가해도 팽창하지 않는다."
• ex) 빙점 가까이 있는 물은 녹으면서 수축

• "무거운 물체는 외부에서 힘을 받지 않으면 공중에서 직선으로 떨어진다."
• "무게를 가진 물체 x가 가만있거나, 위로 올라간다."
• 모순+실제로 일어난다면 관찰가능
• "빛이 평면 거울에서 반사될 때 입사각과 반사각의 크기는 같다."
• 비스듬히 들어온 어떤 빛이 다른 각도로 반사되었다.

반증가능

+

실제 비반증

"따라서 이런 일은 절대 관찰할 수 없다."고 당당히 주장

반증가능한 주장은

배제되는 관찰을 포함

• "모든 행성은 타원 궤도로 공전한다."
• 따라서 직사각형이나 계란형 궤도로 행성이 공전하는 것을 관측할 일은 없다.

• "염기에 산을 넣으면 소금과 물이 나온다."
• 따라서 그 조건에서 소금이나 물이 나오지 않는 경우를 관측할 일은 없다.

반증불가능한 주장은

배제되는 관찰을 포함 안 함

• "투시력이나 염력이 존재한다."
• 따라서 가려진 것을 투시하지 못하는 경우는 없다?
• 그런데 투시 못할 경우, 정신력이 흐트러지면 그럴 수도 있다고 둘러댐

• "오늘 귀인을 만날 것이다."
• 따라서 귀인을 못 만나고 오늘을 보내는 경우는 없다?
• 그런데 못 만났다면, 귀인을 못 알아본 것이라 둘러댐

사이비 과학의 사례

반증 사례가 나왔음에도 불구하고 반증되지 않는 이론은 과학 이론이 아니다

프로이트의 정신 분석

• "남자는 모두 오이디푸스 콤플렉스를 갖는다."

• 아들이 아버지에 반항
• 오이디푸스 콤플렉스 때문
• 아들이 아버지에 순종
• 오이디푸스 콤플렉스 때문

아들러의 심리학

• 기본 주장 : "인간 행동의 모든 동기는 열등감 극복이다."

• 어린 아이가 강물에 빠져 죽기 직전에 있다
• 아이를 구하러 물에 뛰어 들 경우
• 자신의 용감성을 보여 열등감을 극복하려 한 것
• 뛰어 들지 않을 경우
• 아이가 죽어가는 현장에서도 침착하게 지켜보는 담력을 보여줌으로써 열등감을 극복하려 한 것

• 열등감을 극복하는 행동과 그렇지 않은 행동의 차별적 목록을 분명히 제시할 수 없는 한, 과학이 아님

사이비과학의

사례

* '진화론', '정신분석', '신화적 설명'은 동일선상의 이론

• 사후 설명은 가능하지만, 사전 예측은 불가능

• 신화
• 그가 일찍 죽은 것은 신이 그를 총애해서 일찍 부른 것
• 그가 오래 산 것은 신이 총애해서 그에게 많은 일을 맡긴 것

• 바다에 태풍이 부는 것은 포세이돈이 노했기 때문
• 바다가 바람 없이 잔잔한 것은 포세이돈이 잠자기 때문

다윈의 진화론

• "'생존 경쟁을 통한 자연 선택'이 종의 멸종과 존속을 결정한다."

• 생존 경쟁에서 우위에 있는 힘 세고 튼튼한 종이 멸종하거나, 열등한 약한 종이 존속하는 경우는 어떻게 설명?
• 그런 종은 육체적 힘이 아니라 다른 어떤 요인에 의해 경쟁에서 뒤쳐진 것
• 현재 종들 가운데 자연 선택될 것과 안 될 것을 어떻게 구분?

마르크스의 역사적 유물론

• "자본주의가 성숙하면 자체 모순에 의해 위기가 극에 달하고, 프롤레타리아 독재 후, 국가가 사라지고, 공산주의 사회가 도래한다."

• 자본주의의 멸망을 '예측'한다는 점에서 일보 진전
• 그런데 그런 사회가 도래하지 않았다.(반증사례)
• 위기가 극에 달할 정도로 자본주의가 아직 성숙하지 못했기 때문

진정한 과학의 사례

아인슈타인의 일반상대성 이론(1916년)

• "중력은 주변의 공간을 휘게 만든다."

• 상대성 이론이 옳다면 질량이 큰 곳 주변에서는 공간이 휘며, 따라서 그 공간을 지나는 빛의 진로도 휠 것이다.
• 태양 주변에서는 1.6초(1초는 3600분의 1도)의 각만큼 차이가 날 것이다.
• 중력이 큰 물질 주변에서 빛이 직진하는 것을 상대성 이론은 배제

진정한 과학의

사례

• 만약 에딩턴의 관찰 결과가 다르게 나왔더라면 어땠을것 같으냐고 비서가 물으니 아인슈타인 왈, "사랑하는 주님께 유감을 느꼈을 거야. 그 이론은 틀림없거든!"

에딩턴 경(Sir Arthur Eddington)의 실험

• 1919년 개기일식이 있을 때 브라질의 소브럴과 서아프리카의 프린시페 섬으로 관측팀을 파견
• 태양 주위에서 빛이 휘어지는 것을 관측

에딩턴의 이야기에도 사실 심각한 반전이 있다. 당시 프린시페 섬은 날씨가 너무 안 좋았다. 에딩턴 팀은 사진 건판마저 젖어 버려서 데이터를 별로 얻지 못했고, 그나마 얻은 것도 정밀도가 상당히 떨어졌다. ...이와 달리 소브럴 관측팀의 경우는 날씨가 좋았고 일식이 아침이어서 세 달만 더 기다리면 정확히 같은 장소에서 같은 별자리의 사진을 찍을 수 있었다.

관측결과 정밀도가 높은 소브럴 관측팀의 결과는 0.93초였고, 정밀도가 낮은 프린시페 관측팀의 결과는 1.98초였다. 그런데 아이러니하게도 원정대는 정밀도가 높은 소브럴팀의 결과를 버렸다.

http://science.dongascience.com/articleviews/group-view?acIdx=14049

과학자와 사이비과학자의 태도 차이

진정한 과학자

• 반증사례를 찾으려고 노력

• 대담하고, 거의 확률이 없어 보이는 예측 제시

사이비 과학자

• 자신들의 이론을 지지하는 증거(확증 사례)만 강조
• 치료 성공 사례 만을 떠들고 다니는 돌팔이 의사들
• 만병통치약
• 모든 것을 설명하는 이론

• 반증 사례들은 무시하거나 잘 둘러대서 무마

사이비과학자와 진정한 과학자

반증가능성을 높이기 위해서

반증가능성을

높이려면

• 평범한 진리보다는, 거짓으로 밝혀지더라도 대담한 추측 권장
• 자연의 비밀은 독창적이고 통찰력 있는 이론에 의해 밝혀진다
• 귀납주의자의 '신중 및 조심스러움'과 대조되는 '죽기 아니면 살기'의 태도 필요

• 과학 이론은 명확히(애매함 없이) 기술되어야 한다
• 애매한 표현은 정치가나 점쟁이의 전략
• '국가와 민족을 위해', '국가의 안보가 걱정'
• '귀인을 만나', '오늘은 실리보다는 명분에 따라 행동하라.'
• 자유, 의지, 마음, 행복 등을 다루는 인문학은 과학?
• 스트레스

• 과학 이론은 정확히(모호함 없이) 기술되어야 한다
• 닫힌 곡선 궤도보다는 타원형 궤도가 더 정확
• 대략 30만 km/s보다는 299.8X10 m/s가 더 정확

과학사의 사례

(가설) "연소란 물질 속 플로지스톤이 방출되는 것이다."

(반증 사례)

대부분의 물질은 연소 후에 무게가 무거워진다

애드 혹크 수정

애드 혹크 아닌 수정

• 연소란 산소가 결합되는 것이다.

• 플로지스톤은 음(-)의 무게를 가진다.
• 플로지스톤은 연소가 일어날 경우에만 그 무게 측정이 가능하다.

애드 혹크 수정

(가설) "모든 천체는 완전한 구형 형태이다."

(반증 사례)

갈릴레이 : 망원경으로 달 표면을 관찰한 결과, 표면이 평평하지 않고 산맥, 분화구, 강 등이 있음

(애드 호크 수정) 아리스토텔레스 지지자(L. Colombe)

"눈에 보이지 않는 어떤 물질이 달 표면을 완전히 둥글게 덮고 있다."

• (애드 호크인 이유)
• 그 보이지 않는 물질은 "어떤 방법으로도 탐지될 수 없다"고 주장
• 따라서 새로운 종류의 어떤 테스트도 제안하지 않음

갈릴레오의 맞불작전

보이지 않고 탐지될 수 없는 투명 물체가 달에 있긴 있는데, 그게 산의 꼭대기만 덮고 있어서 실제로는 더 울퉁불퉁하다.

애드 혹크 아닌 수정

(가설) "모든 물질은 자신의 질량에 일정하게 비례하는

인력을 갖는다."

(반증 사례)

천왕성의 실제 궤도가 뉴튼의 인력 법칙을 적용해 계산한 궤도와 너무 차이가 많다.

(애드 호크가 아닌 수정)

"천왕성 근처에 지금까지 알려지지 않은 행성이 있다."

• (애드 호크가 아닌 이유)
• 예상 궤도와의 차이를 근거로 그 행성이 천왕성에서 어느 방향으로 얼마나 떨어져 있는지를 계산 가능

https://en.wikipedia.org/wiki/Discovery_of_Neptune

History

• 1845년 영국의 애덤즈, 프랑스의 르베리에가 따로 이 계산 시작
• 1년에 걸친 노력 끝에 25살의 애덤즈가 먼저 계산을 끝냄
• 그런데 애덤즈는 무명 물리학도라 사람들이 그의 말을 무시
• 지명도가 있던 르베리에가 몇주 후 자신의 결과를 갈레에게 알려 어느 위치를 관측케 함으로써 해왕성 발견

과학사의 사례