과학혁명과 철학 - 과학혁명의 특징 > 전해주는 이야기

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과학혁명과 철학 - 과학혁명의 특징

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1543년, 코페르니쿠스가 죽기 바로 전에 출판된 [천구의 회전에 관하여]에는 루터파 목사인 오지안더라는 사람이 쓴 서문이 있다. 이것은 저자인 코페르니쿠스의 허락을 받지 않은 것으로, 본문은 단지 계산의 편의를 위한 가설일 뿐이라는 내용이 들어 있었다. 바로 이 서문 때문에 코페르니쿠스의 책은 다행히 교회 금서 목록에서 빠질 수 있었으며, 이 책과 더불어 천문학의 혁명, 그리고 근대 과학혁명이 시작될 수 있었다. 일반적으로 과학혁명이란 단어는 특정한 시대만을 가리키는 것은 아니다. 넓게 사용하자면 20세기 초반에 일어난 물리학의 획기적인 변화 역시 과학혁명이라고 부를 수 있다. 하지만 좀 더 좁은 의미에서 ‘과학혁명’은 바로 코페르니쿠스로부터 뉴턴이 살았던 시대, 즉 16세기 중반부터 18세기 초반을 가리킨다.
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코페르니쿠스가 바꾸어 놓은 것은 무엇인가? 기존 프톨레마이오스의 체계(지구중심설, 혹은 천동설)와 코페르니쿠스의 체계(태양중심설, 혹은 지동설)의 차이점은 무엇인가? 그것은 두 가지다. 첫째는 지구와 달의 위치이며, 둘째는 항성 천구2049587376_t7iAr0jL_txt_number1.gif의 일일 운동이다. 원래 우주의 중심에 있었던 지구는 달과 함께 중심에서 벗어나게 되었으며, 하루에 한 번씩 회전했던 항성 천구는 그 운동을 멈추고 대신 지구가 하루에 한 번 자전하게 되었다. 결국 코페르니쿠스의 혁명은 지구가 우주의 중심에서 사라져버린 것, 즉 우주의 중심이 바뀐 획기적인 사건이었다고 말할 수 있다.
우주의 중심이 바뀌었다는 것은 무엇을 의미하나? 천동설에서 우주의 중심은 인간이 살고 있는 지구였다. 다른 말로 우주의 창조에 있어 그 중심에 있었던 것은 바로 지구 그리고 그 속에 살고 있는 인간들이란 말이다. 이런 의미에서 천문학 혁명 이전의 세계는 인간중심주의적 세계라고 말할 수 있다. 그런데 코페르니쿠스의 혁명에 의해서 이런 인간중심주의가 위기를 맞이하게 된 것이다. 그렇다면 인간중심주의의 위기는 어떤 의미를 가지는가? 우리는 흔히 위기는 기회라고 말한다. 흥미롭게도 인간중심주의의 위기에 대해서도 비슷하게 말할 수 있다. 인간중심주의의 위기는 인간 지식의 새로운 발전 기회를 제공한다. 이 말을 이해하기 위해서는 우주의 중심이 지구라는 것이 무엇을 의미하는지 이해해야 한다.
우주의 중심이 지구라는 것은 우주에서 지구가 가장 가치 있다고 말하는 것이 아니다. 오히려 그 반대다. 당시 사람들에게 있어 순수하고 완전한 곳은 바로 하늘, 즉 천상계였다. 그리고 하늘과 가장 멀리 떨어져 있는 곳이 바로 지옥이고 가장 타락한 곳이 된다. 지구중심설의 세계관, 즉 인간중심주의 속에서 하늘과 가장 멀리 떨어져 있는 곳은 어디인가? 그것은 우주의 중심, 바로 지구다. 당시 사람들에게 지구가 신에 의해서 창조된 유일한 것이긴 했지만, 그 중심은 지옥이고 가장 타락한 곳이다. 따라서 타락한 지구에 사는 인간은 불완전하며, 이런 이유에서 인간이 획득할 수 있는 지식도 당연히 불완전하고 한계가 있다. 그런데 천문학의 혁명에 의해서 이런 상황은 큰 변화를 맞이한다.
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지동설을 주장한 폴란드의 천문학자 코페르니쿠스.
코페르니쿠스의 이론을 따라서 지구가 우주의 중심이 아니라면 어떻게 되는 것인가? 더 이상 인간이 사는 곳이 가장 타락한 곳이라고 말할 수 없게 된다. 가장 타락한 곳에서 지식의 한계를 인정할 수밖에 없었던 인간들은 이제 한계를 인정하지 않아도 된다. 인간중심주의를 거부하게 되자, 인간 지식에 대한 비관적 전망이 이제 낙관적 전망으로 변하게 된다. 이렇듯 인간중심주의의 위기는 인간의 지적 능력에 대한 낙관적 전망을 함축하게 되고, 따라서 새로운 지식이 출현할 수 있는 기회를 제공하게 된 것이다. 물론 이런 전망과 기회가 과학혁명 시기 과학자들과 철학자들에게 긍정적인 자극이 되었을 것이라는 점은 쉽게 짐작할 수 있다. (여기서 한 가지 주의할 것이 있다. 천문학의 혁명 때문에 인간중심주의가 완전히 사라지는 것은 아니다. 신은 인간을 위해서 이 자연을 만들었다는 식으로 인간중심주의는 살아남는다. 인간중심주의에 대한 마지막 타격은 19세기 다윈의 진화론에 의해서 이루어진다.)
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지동설: 태양이 우주의 중심에 있고 나머지 행성들이 그 주위를 공전한다는 우주관.

그럼 코페르니쿠스의 혁명은 왜 성공할 수 있었는가? 왜 케플러2049587376_RO5WC9kb_txt_number2.gif, 갈릴레오2049587376_WeXmdbRL_txt_number3.gif 등의 뛰어난 학문 후속 세대들은 태양중심설을 받아들이게 되었나? 우리가 흔히 생각하듯이 당시 관측된 다양한 자료들이 지구중심설보다 태양중심설에 더 호의적이었기 때문에 혁명은 성공할 수 있었던 것인가? 코페르니쿠스의 혁명을 면밀히 검토한 과학사학자들과 과학철학자들의 이 질문에 대한 답변은 단정적이지 않다. 사실 처음 태양중심설이 제시되었을 때, 그것은 당시 사람들의 상식 혹은 경험과 잘 맞지 않았다. 지구가 자전을 한다면 우리는 왜 어지럼증을 느끼지 못하나, 우리는 왜 우주 밖으로 튕겨져 나가지 않는가? 지구가 자전을 한다면 아래로 떨어진 공이 약간 옆으로 떨어지는 것이 아니라 왜 바로 아래에 떨어지는가? 물론 현재 우리는 갈릴레오와 뉴턴 덕분에 이런 질문들에 대한 적절한 답을 가지고 있다. 하지만 당시에는 그렇지 않았다. 당시 사람들의 상식과 경험에 부합했던 것은 태양중심설이 아니라 지구중심설이었다. 그렇다면 경험과 일치하지 않는 태양중심설이 수용된 이유는 무엇인가? 이 질문에 대한 답은 당시 유행이었던 신플라톤주의에서 찾을 수 있다.
태양중심설의 호소력은 경험과의 일치 여부에 크게 의존하지 않았다. 만약 경험과의 일치 여부가 중요했다면, 태양중심설은 큰 호소력을 가질 수 없었을 것이다. 왜냐하면 기존 이론―지구중심설―이 새로운 이론―태양중심설―보다 일상적인 경험, 그리고 당시 사람들의 세계관과 아주 잘 일치했기 때문이다. 따라서 강한 경험적 기반을 가지고 있는 기존 이론을 새로운 이론으로 대체하기 위해서는 경험과의 일치 여부를 넘어서는 뭔가 다른 것이 필요하다. 즉, 태양중심설은 당시 과학자들을 사로잡을 남다른 특징을 가지고 있어야 했다. 그것은 바로 단순성이다. 당시 유행했던 신플라톤주의에 따르면 자연은 조화롭고 질서가 잡혀 있는 곳이다. 그리고 이런 조화와 질서는 기하학(혹은 수학)으로 가장 잘 표현될 수 있다. 그들에게 있어 자연은 신이 우리에서 보낸 편지이며, 그 편지는 수학으로 쓰여 있다. 신은 수학자였던 것이다. 따라서 겉으로 보기에 복잡해 보이는 자연 현상 이면에 있는 단순한 수학적 규칙성을 찾아내는 것이 과학자들의 의무이며, 신의 권능을 높이는 일이 된다. 이렇듯 복잡한 세계 이면에 있는 단순성에 대한 미적인 집착이 코페르니쿠스의 혁명이 성공할 수 있었던 중요한 요인 중에 하나라고 할 수 있다. 왜냐하면 행성의 운동을 설명하기 위해서 천동설이 도입했던 많은 요소들이 지동설에는 등장하지 않기 때문이다. 단순한 몇 가지 운동으로 복잡한 행성의 운동을 설명할 수 있었던 것은 지동설의 가장 중요한 특징 중에 하나였다.
이런 역사적 사실을 바탕으로 우리는 몇 가지 흥미로운 결론을 내릴 수 있다. 우선 우리는 새로운 과학 이론의 성공을 설명하는 데 있어 관찰과 실험만으로는 충분치 않다는 것을 알 수 있다. 어떤 과학 이론이 성공적으로 수용되기 위해서는 관찰과 실험 이외에도 당시 지적인 분위기와 같이 과학 이론 외적인 요소들도 중요한 역할을 한다. 두 번째로 우리가 막연히 생각하듯이 당시 과학과 종교가 충돌하기만 한 것은 아니라는 점도 알 수 있다. 과학자들은 자신들의 임무는 신이 우리에게 부여한 질서를 밝혀내는 것이라고 생각했으며, 이를 통해서 신의 권능은 더 높아질 수 있다고 생각했다는 것을 기억할 필요가 있다.
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천문학적 의미에서 코페르니쿠스의 혁명은 케플러에게 와서 마무리가 된다. 그러나 과학혁명의 진정한 완성은 갈릴레오를 거쳐 뉴턴이 새로운 역학 이론을 제시한 이후가 되어서야 이루어졌다고 말할 수 있다. 그것은 천동설이 기반으로 삼고 있던 아리스토텔레스의 역학이론은 뉴턴에게 와서야 비로소 완전히 제거되기 때문이다. 천문학에서 촉발된 과학혁명은 역학으로 마무리되었다는 말이다.
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다양한 관측들을 통해 천상계와 지상계의 구분을 제거한
갈릴레오.

아리스토텔레스의 물리학에 따르면, 이 우주는 두 개로 분리되어 있다. 그 중 하나는 달 위 세계, 즉 천상계이며 다른 하나는 달 밑 세계, 즉 지상계이다. 천상계는 순수하고 완전하다. 반면에 지상계는 순수하지 않고 불완전하다. 천상계의 운동은 완전한 원운동이고, 지상계는 불완전한 직선운동을 한다. 이런 생각 때문에 당시 사람들은 혜성을 달 밑에서 일어나는 운동이라 생각했다. 그것이 천상계의 운동이라면 완전한 원운동을 해야 되는데 혜성은 그렇지 않기 때문이었다. 아무튼 당시 물리학은 두 가지 종류의 물리학으로 나뉘어져 있었다. 천상계의 물리학과 지상계의 물리학. 한편, 1609년 갈릴레오는 기존 3배율 망원경을 개량하여 30배율 망원경을 만들어 낸다. 그리고 1610년 말 즈음에 이 망원경으로 태양의 흑점을 관찰하는 데 성공한다. 태양에도 티끌이 존재한다는 관찰은 천상계의 완전성을 의심하게 한다. 이외에도 갈릴레오가 했던 다양한 관측들은 천상계와 지상계의 구분을 제거하고, 천상계와 지상계의 물리학이 다르다는 가정도 폐기하도록 한다. 갈릴레오에 따르면, 물리학은 온 우주에 적용되는 것 하나밖에 없다. 지상계의 물리학과 천상계의 물리학이 다르지 않다는 것이다. 이런 결론은 다시 한 번 인간 지식에 대한 낙관적 전망을 가능케 한다. 왜냐하면 천상계와 지상계의 물리법칙이 같다면, 이제 우리는 지상계의 물리법칙을 연구함으로써 천상계의 운동에 대해서도 알 수 있을 것이기 때문이다. 우리의 몸은 비록 지구 위에 있지만, 우리의 지성은 저 먼 우주까지 확장된다.
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앞에서 역학까지 포괄하는 넓은 의미의 과학혁명은 뉴턴에 의해서 완성되었다고 말했다. 물론 선배나 동료 없이 뉴턴 혼자 이 문제를 해결해버린 것은 아니다. 뉴턴 이전에 혹은 그와 더불어 역학 연구에 집중한 사람들로는 갈릴레오, 데카르트, 호이겐스, 라이프니츠 등이 있었다. 이 중에서 데카르트, 호이겐스, 라이프니츠 등이 역학 연구에 몰두하게 될 때, 17세기 그들을 지배했던 특별한 자연관이 중요한 역할을 한다. 그것은 바로 기계론적 자연관이다. 거칠게 말해서 기계론적 자연관이란 우주를 물질과 그것의 운동으로 설명하려는 것이다. 이제 마지막으로 이 기계론적 자연관에 대해서 설명해보자.
“1647년, 수학자이자 철학자였던 블레즈 파스칼의 처남 플로린 페리에는 토리첼리의 실험 장치를 900미터나 되는 산 위로 가지고 올라갔다. 토리첼리의 실험 장치는 수은과 유리관으로 이루어져 있다. 한쪽이 막힌 유리관에 수은을 가득 채운 뒤 수은이 가득 찬 수조에 거꾸로 세우면, 수은 기둥의 높이는 점차 줄어들다 어느 정도의 높이에서 멈추게 된다. 그런데 페리에가 산꼭대기에서 같은 실험을 했더니, 산 아래에서 측정했을 때보다 수은 기둥의 높이가 8cm나 줄었다. 이 사실을 삼촌인 파스칼에게 보고했더니, 그는 ‘두려움 따위는 자연에 없다.’고 말했다.”
이 역사적 에피소드는 바로 수학자이자 철학자였던 파스칼이 기계론적 자연관을 받아들이게 된 한 사건을 묘사하고 있다. 아래 그림에서와 같이 투명한 유리관에 수은을 담고 그것을 수은이 담긴 수조 위에 거꾸로 세워도 수은은 일정 정도 높이까지 아래로 쏟아지지 않는다. 그러나 유리관의 길이가 76cm보다 더 크게 되면, 수은기둥은 76cm까지만 올라가고 나머지는 진공상태가 된다.
물론 당시 사람들도 이 현상을 알고 있었다. 하지만 그들은 우리와 다르게 이것을 설명했다. 그들에게 이렇게 수은 기둥이 올라가는 것은 ‘자연이 진공을 두려워하기’ 때문이다. 즉 진공을 두려워하는 자연은 되도록 진공을 피하기 위해서 수은 기둥을 위로 올려 버린다는 설명이다. 그렇다면, 어느 정도 올라가고 더 이상 올라가지 않는 것은 무엇 때문인가? 이것에 대해서 당시 사람들은 자연이 진공을 딱 그만큼 두려워하기 때문이라고 말한다. 즉 수은 기둥의 높이는 자연이 가진 두려움의 정도를 나타낸다는 것이다. 이런 설명 방식은 어떤가? 이런 설명은 자연을 인간과 같이 무언가를 두려워하는 존재로 생각하고 있다. 자연은 진공에 대한 두려움을 제거하기 위해서 어느 정도 높이까지 수은 기둥을 올리는 것이다. 이런 설명을 흔히 목적론적 설명이라고 하며, 이것은 아리스토텔레스 철학의 중요한 요소 중에 하나였다.
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토리첼리의 실험을 통해 기계론적 자연관을 받아들이게 된 블레즈 파스칼.
그러나 과학혁명을 거치면서 과학의 이런 목적론적 자연관은 사라지고, 기계론적 자연관이 그 자리를 차지하게 된다. 즉 진공을 ‘두려워하는’ 자연이 아니라, 물질인 공기의 무게와 물질인 수은의 무게 사이의 역학적 관계를 이용해서 위 수은 기둥 현상을 설명하려는 것이다. 위 에피소드에서 파스칼은 목적론적 설명이 옳은지, 기계적 설명이 옳은지 검사하기 위해 조카를 산 정상으로 올려 보낸다.
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토리첼리의 실험: 수은기둥은 76cm까지만 올라가고
나머지는 진공상태임.

산 정상이라고 해서, 자연이 진공을 더 두려워하거나 덜 두려워할 일은 없을 것이다. 따라서 산 정상에서도 수은 기둥의 높이는 76cm이어야 한다. 하지만 실험 결과는 이와 달랐다. 산 정상 수은 기둥의 높이는 8cm나 줄었던 것이다. 이 소식을 들은 파스칼은 이제 다음과 같이 말한다. “두려움 따위는 자연에 없다.” 우리는 이 말을 파스칼이 목적론적 자연관을 폐기하면서 한 것으로 이해할 수 있다.
이 기계론적 자연관을 통해서 앞서 언급한 내용을 다시 한 번 강조할 수 있다. 기계론에 따르면 자연은 어떤 목적을 가지고 있지 않으며, 아주 복잡한 시계 장치와 같다. 시계를 처음 본 사람들은 시계의 속을 들여다보기 전까지 그것을 마치 어떤 생명체처럼 여길 것이다. 이때 우리가 할 일은 시계의 속을 들여다보고 그것의 작동 메커니즘을 밝히는 일이다. 그리고 그 메커니즘을 밝혀내는 것은 시계공의 능력과 성취를 증명하고 널리 알리는 일이다. 자연도 마찬가지다. 자연을 들여다보고 그것의 작동 메커니즘을 밝히는 일은 바로 그것을 만든 이, 즉 신의 능력과 그에 대한 존경심을 드높이는 일이다. 신은 시계공이고, 과학자는 그 시계공의 전지전능함을 온 세상에 드러낸다. 따라서 이런 기계론적 자연관을 가지고 있었던 당시 과학은 기독교 신앙과 아주 잘 부합했다. 이렇듯 기계론적 자연관을 통해서 우리는 다시 한 번 말할 수 있다. 앞에서 말했듯이 당시 과학자들은 자신들의 연구가 종교와 충돌한다고 생각하지 않았다. 오히려 그 반대다. 그들은 과학 연구를 통해서 신의 권능을 세상에 더 잘 드러낼 수 있으며, 그렇게 하는 것이 자신들의 중요한 임무라고 생각했다.
 
 
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지금껏 과학혁명의 몇몇 주요 특징들을 설명했다. 코페르니쿠스로부터 비롯된 과학혁명은 부분적으로 인간중심주의를 제거했으며, 이와 함께 인간 지식의 성장에 대한 낙관적 전망을 낳았다. 넓은 의미에서 과학혁명은 뉴턴 역학이 완성된 이후에야 마무리 된다. 새로운 역학은 천상계와 지상계의 물리학을 하나로 통일했으며, 역학에 대한 많은 관심은 당시 과학자들을 기계론적 세계관으로 이끌었다. 흔히들 과학혁명 당시에 과학과 종교는 심각하게 대립했다고 생각한다. 하지만 그렇게 단정할 수 없다는 것을 기억해야 한다. 대다수의 과학자들은 자신들이 하는 일이 기독교와 대립한다고 여기지 않았으며, 오히려 신의 권능을 널리 알리는 일을 하고 있다고 생각했었다. 당시 과학과 종교 사이의 대립에 대한 이미지는 갈릴레오의 재판과 같은 몇몇 역사적 에피소드들에 의해서 다소 과장된 면이 없지 않다.
더불어 이 글에서 언급된 특징들은 과학혁명이 가진 여러 다양한 모습들 중에 극히 일부라는 것도 잊지 말아야 한다. 과학혁명에 의해서 촉발된 과학적 방법의 변화, 과학적 제도의 변화, 과학과 종교의 문제 등에 대해서도 무척 많은 이야기를 할 수 있을 것이다. 그러나 그것은 이 글의 목적 밖에 있다.

  1. 항성천구
    우주의 가장 외곽 경계인 커다란 구(求)로서 그 속에는 항성들이 고정되어 있다. 천동설에 따르면, 이 항성천구는 행성들이 도는 방향과 반대 방향으로 하루에 한 바퀴 돈다. 이런 운동을 도입한 것은 별자리들의 일주 운동을 설명하기 위해서였다. 한편 코페르니쿠스는 이런 항성천구의 운동을 지구의 자전운동으로 바꿔버림으로써 일주운동을 간단히 설명해 버린다. 그러나 코페르니쿠스가 제시한 체계에서 항성천구 자체가 제거된 것은 아니다. 그것은 불필요하지만 여전히 고정된 채 우주의 가장 바깥에 남아 있다. 이것은 코페르니쿠스의 한계라고 할 수 있다.
  2. 케플러
    케플러가 천문학적 의미에서 과학혁명을 마무리했다고 말할 수 있는 이유는 그가 제시한 행성운동 3법칙 때문이다. 그 이전에 지동설을 믿었던 많은 과학자들은 여전히 행성은 원운동을 한다고 생각했다. 하지만 엄격한 관측 자료와 끈질긴 계산을 통해서 케플러는 행성의 운동이 타원이라는 것을 밝혀냈다. 물론 그는 그런 운동에 대한 동력학적 설명을 제시하지는 못했으며, 그 과제는 학문 후속 세대인 갈릴레오와 뉴턴에게로 넘어간다.
  3. 갈릴레오
    사실 지동설과 관련해서 많이 알려진 과학자는 갈릴레오다. 그러나 갈릴레오는 새로운 역학 이론을 만들어낸 사람이지 새로운 천문학 이론을 만들어 낸 사람은 아니다. 갈릴레오가 활동했을 당시는 이미 많은 과학자들이 지동설을 받아들이고 있었을 때다. 천문학적 맥락에서 그의 중요한 공헌은 새로운 이론을 만들어낸 것이 아니라, 화려한 언변으로 새로운 이론을 대중화시켰다는 데 있다.