IV. 독서로 어떤 앎과 경험을 성숙시켜 갈 것인가? 48~ 52
3. 자연과 과학의 이해를 위한 독서
자연과학 분야
자연 현상을 연구 대상으로 하는 과학으로 일반적으로 과학이라고도 한다. 자연 과학의 고유한 분야로는 크게 물리학, 화학, 생물학, 천문학, 지학 등이 있다. 그중 지학은 지질학, 지구 물리학, 지구 화학, 지리학 등으로 다사 분류된다. 과거에는 자연 현상이 재현 가능하다는 특성에 따라, 자연 과학은 실험이 가능하고 정밀한 수리적 방법으로 현상들 사이에 함수 관계를 확정할 수 있는 등 방법 면에서도 특징이 있었다. 그러나 현재는 사회 과학에서도 같은 방법을 채택하려고 하여 심리학, 인류학, 지리학 등에서는 자연 과학과 사회과학의 경계가 분명하지 않은 것이 있다.
1. 자연 과학은 인분 과학이나 사회 과학과는 달리 인간 자체를 다루거나 인간에 의해 창조된 세계를 다루지 않는다. 자연 과학 분야의 글들은 인간의 의지와 관계없이 형성된 객관적 세계로서의 자연을 관심대상으로 한다. 이러한 면에서 보면 자연과학과 관련된 글은 객관성이 강조될 것으로 보이지만 반드시 그렇지는 않다. 자연현상을 설명하는 데에도 관점의 차이가 나타나고, 이를 인간사회와 접목시키는 과정에서 가치관의 차이가 개입되기 때문에 강한 주장이 드러나는 경우도 많다.
「엔트로피와 시간」
자료소개
우리는 일상생활에서 우리들의 상상력을 자극하는 수많은 과학적 주제들을 접하게 된다. 시간은 그 중의 하나이다. 시간은 우리에게 가장 친숙하면서도 가장 이해하기 어려운 개념이다. 시간이란 무엇일가 라는 질문에 대해 모든 사람들이 많은 생각을 해보았을 것이다. 우리가 일상적으로 예사롭게 쓰는 말도 엄밀하게 그 뜻을 따져보면 그 본질이 무엇인지 전혀 짐작이 가지 않는 것이 많다. 시간의 문제도 역시 그러하다. 시간의 본질이 과연 무엇인가? 이렇게 따지고 물으면 그 대답이 막연해진다. 로마 제국의 철학자 아우렐리우스 아우구스티누스(354∼430)는 다음과 같은 명언을 남겼다. “시간이란 무엇인가? 누구도 나에게 묻지 않는다면 나는 알고 있다. 그러나 누군가가 질문을 한다면 나는 모른다.” 시간은 눈으로 봐서 알 수 있는 형체를 가진 것도 아니고 감각적으로 접촉하여 알 수 있는 구체적인 물질도 아니다. 그러니 그 누구도 시간이란 ‘이러이러한 것이다’라고 똑똑하게 설명하기가 어렵다. 그러면서도 사람들은 너나 할 것 없이 시간이란 말을 아무런 의문 없이 쉽게 쓰고 쉽게 받아들인다. 그만큼 시간은 우리 생활과 밀접하게 관련되어 있는 것이다. 그러나 우리는 일상생활 표면에 숨어있는 세계를 쉽게 인지하지 못한다.
본문요약
왜 그럴까? 물리학의 법칙들은 왜 과거와 미래를 구별하지 않는가? 모든 사건들이 한쪽 방향으로만 진행된다는 것은 삼척동자도 아는 사실인데 이 점을 지적하는 물리법칙은 왜 발견되지 않고 있는가? 사실 상황은 이보다 더욱 복잡하다. 지금까지 알려진 물리법칙에 의하면 우리의 일상적인 경험과는 반대로 크림을 타서 섞은 커피는 다시 크림과 블랙커피로 분리될 수 있고 깨진 계란은 원래의 계란으로 되돌아올 수 있으며 얼음이 녹으면서 생성된 물은 다시 얼음으로 되돌아갈 수 있다. 즉 어떤 일련의 사건들이 시간의 순방향을 따라 진행되었다면 이 사건은 반대방향으로 진행될 수도 있다는 뜻이다. 이는 우리가 하늘같이 믿고 있는 물리법칙들이 ‘시간되짚기 대칭성’을 갖고 있기 때문이다. 물론 시간을 되짚는다고 해서 시간이 거꾸로 흐른다는 뜻은 아니다. 시간은 항상 한쪽 방향으로 흐르고 있다. 그러나 모든 물체의 운동은 반대방향으로 진행된다고 가정해도 물리법칙에 전혀 위배되지 않는다.
그렇다면 물리법칙들이 그것을 허용하고 있는데 왜 우리는 거꾸로 진행되는 사건을 볼 수가 없는 것일까? 시간되짚기 문제를 따지고 들어가다 보면 우리는 엔트로피라는 개념과 필연적으로 마주치게 된다.
우주의 질서를 창조한 궁극적인 원천은 바로 빅뱅 그 자체였다. 확률에 입각하여 생각해볼 때 뜨거운 수소와 헬륨기체가 우주공간을 균일하게 메우고 있었던 시기에는 엄청난 엔트로피를 가진 블랙홀이 등장한 시기보다 훨씬 전이었을 것이다. 우주가 탄생한지 수십억 년이 지난 후 원시기체들은 중력에 의해 한곳으로 뭉치면서 별과 은하 또는 행성으로 진화하였다. 초기의 우주는 믿을 수 없을 만큼 저-엔트로피상태였으며 지금도 우리는 무질서를 향해 끊임없이 나아가는 우주 속에 살고 있다.
빅뱅으로 시작도니 초기의 우주에는 고도의 질서가 존재했었기 때문에 지금도 무질서는 계속 증가하고 있고 그 결과 한번 깨진 계란은 원래대로 돌아가는 것이 매우 어렵지만 계란이 깨지는 사건은 빈번하게 일어나는 것이다. 물론 이 논리는 계란뿐만 아니라 모든 사물에 적용될 수 있다. 이처럼 미래는 엔트로피가 증가하는 방향이며 시간이 흐르는 방향은 고도의 질서가 갖춰진 극저-엔트로피 상태의 초기우주에서 이미 결정되어있다.
Chaos theory(혼돈이론)
겉으로 보기에는 불안정하고 불규칙적이며 무질서하게 보이면서도 나름대로 질서와 규칙성을 지니고 있는 논리적 법칙들이 존재한다는 이론이다. 이것은 작은 변화가 예측할 수 없는 엄청난 결과를 낳은 것처럼 안정적으로 보이면서도 안정적이지 않고, 안정적이지 않은 것처럼 보이면서도 안장적인 여러 현상을 설명하려는 이론이다.
카오스 이론의 연구 목적은 무질서 하고 예측이 불가능한 현상 속에 숨어 있는 정연한 질서를 밝혀내어 새로운 사고방식이나 이해방법을 제시하려는 것이다.
카오스는 텅 빈 공간, 곧 혼돈(混沌)을 뜻한다. 물리학에서는 불규칙적인 결정론적 운동을 가리킨다. 카오스 이론은 1900년대 물리학계에서 3체 문제, 난류 및 천체 문제 등의 비선형 동역학을 연구하는 과정에서 출발하였다. 1961년 미국의 기상학자 로렌츠(E. N. Lorentz)가 기상 모델을 연구하면서 나비효과(butterfly effect)를 발표하여 이론적 발판을 마련하였고, 그 후 활발히 연구되었다.
나비효과란, 중국 베이징(북경)에 있는 나비의 날갯짓이 다음 달 미국 뉴욕에서 폭풍을 발생시킬 수도 있다는 비유로, 지구상 어디에선가 일어난 조그만 변화가 예측할 수 없는 변화무쌍한 날씨를 만들어 낼 수도 있다는 것을 의미한다. 로렌츠의 이러한 생각은 기존의 물리학으로는 설명할 수 없는, 이른바 ‘초기조건에의 민감한 의존성’, 곧 작은 변화가 결과적으로 엄청난 변화를 일으킬 수 있다는 사실을 보여준다.
카오스 이론은 작은 변화가 예측할 수 없는 엄청난 결과를 낳은 것처럼 안정적으로 보이면서도 안정적이지 않고, 안정적이지 않은 것처럼 보이면서도 안정적인 여러 현상을 설명하려는 이론이다. 즉, 겉으로 보기에는 한없이 무질서하고 한없이 무질서하고 불규칙해보이면서도, 나름대로 어떤 질서와 규칙성을 가지고 있는 여러 현상을 설명하려는 이론이다.
물리학에서는 안정된 운동 상태를 보이는 계(系)가 어떤 과정을 거쳐서 혼돈 상태로 바뀌는가를 설명함으로써 혼돈 현상 속에도 어떤 숨겨진 질서가 있다는 것을 밝히려는 이론으로 정의한다. 혼돈속의 질서와 관련해 카오스 이론을 다룬 대표적인 저서로 벨기에의 물리학자 프리고진(Ilya Prigogine)과 철학자 스텐저스(Isabelle Stengers)가 1979년 공동으로 집필한 「혼돈으로의 질서」(La Nouvelle Alliance)를 들 수 있다. 양자 역학에서도 불확정성 원리나 양자계와 관련해 카오스를 다루는데, 이를 양자카오스라고 한다.
지금은 물리학뿐 아니라 경제학, 수학, 기상학, 천문학, 의학, 생물학 등 다양한 문야에서 활발한 연구가 이루어지고 있지만, 아직까지는 초기 단계에 머물러 있다. 카오스 이론을 보여주는 대표적인 예로는 증권시장에서 주식가격의 변화, 나뭇잎의 낙하운동, 물의 난류현상, 회오리바람, 태풍이나 지진 메커니즘 등을 들 수 있다.
승교(三承敎)에 해당한다.
승(三承)에 의해 일승(一承)을 나타내었으니 인상(印相)이 이와 같다. 출처 :수미산  원문보기 글쓴이 : 시공 |
자연과 과학의 이해를 위한 독서(3)
생물자원, 미래의 무기다
「생물자원, 미래의 무기다」라는 글을 통해 생물이 많고 적은 것이 우리에게 무슨 의미가 있을지 생각해보는 것은 현재 우리의 삶을 점검하는 중요한 과정일 것이다. 왜냐하면 21세기 지구를 위협하는 가장 큰 위험은 환경오염이기 때문이다.
생명 과학의 발달이 현재의 추세대로 된다면 생명체가 지닌 온갖 유전저들은 모두 재상 활용이 가능해진다. 또한, 이미 멸종한 생물이라도 그 표본만 있으면 필요한 유전자를 뽑아서 살아있는 생물에 주입해서 그 유전자가 만드는 새로운 물질을 얻을 수 있는 지경에 이르렀기 때문에 생물자원의 이용가치는 거의 무한하다.
1. 생물의 다양성
1) 어떤 지역에 살고 있는 종(種)의 많고 적음을 뜻하는 말
2) 자연 환경의 풍요로움을 평가하는 지표
** 지구상에 서식하는 생물 종류의 다양성
** 생물들이 생활하는 생태계의 다양성
** 생물이 지닌 유전자의 다양성
3) 생물의 다양성은 복제 불가능
2. 생물의 다양성의 가치와 의미
1) 식량이 되고, 의약이나 공산품의 원료
2) 생활환경의 보존
** 물질 순환의 주요매체
** 대기, 수질, 토양의 보존에 기여
3) 생물의 종(種)수는 생물자원의 양을 가늠하는 기준인 동시에 부를 평가하는 척도
3. 생물 다양성의 감소원인
1) 자연자원의 남용으로 인한 기후변화
2) 산업화, 도시화로 인한 자연 파괴
미래의 무기－생물자원
이 인 규
생물학적으로 생물 다양성이라는 말은 지구상에 서식하는 생물의 종류의 다양성, 그러한 생물들이 생활하는 생태계의 다양성, 그리고 생물이 지닌 유전자의 다양성 등을 총체적으로 지칭하는 말이다.
20세기 후반에 들어와 인류는 이와 같이 중요한 의미를 지니고 있는 생물자원이 함부로 다루어질 때 그 자원은 유한할 수 있다는 데 주목하였다. 실제로 과학자들은 지구상에서 생물 다양성이 아주 급격히 감소하고 있다는 사실을 깨닫고 크게 놀랐다. 그리고 이러한 생물종 감소의 주된 원인은 그동안 인류가 자연자원을 너무 남용하였던 과소비와 이로 인하여 기후의 변화가 급격히 일어난 때문이며, 아울러 산업화와 도시화에 따른 자연의 파괴가 너무나 광범위하게, 또 급격히 이루어졌기 때문이라는 사실을 알게 되었다. 이 모두는 결국 세계 인구가 너무 급격하게 증가한 때문인 것으로 밝혀졌다.
이 생물 다양성 문제가 최근에 갑자기 우리의 관심의 대상으로 떠오르게 된 것은, 단순히 쾌적하고 풍요로운 자연 환경에 대한 그리움 때문에서가 아니라, 자연의 파괴는 자칫하면 인류의 생존까지 위협할 수 있는 매우 중대한 문제라는 사실을 사람들이 인식하게 되었기 때문이다. 그 까닭은, 첫째로 생물자원은 인류가 생활하는 데 필요한 식량이 되고, 의약이나 공산품의 원료가 되기 때문이다. 이를테면, 지금까지 인류가 식량으로 이용한 식물의 종류는 3천종 정도인데, 그 중 밀, 쌀, 옥수수 등으로 대표되는 20종 가량의 식물들이 전체식량 수요의 90% 이상을 차지해 왔다. 그런데 이제부터는 지난날에 우리가 전혀 쓸모없다고 하찮게 생각하던 식물의 종이 생명 과학의 발달에 힘입어서 어느 날 갑자기 우리에게 말할 수 없이 소중한 식량 자원으로 활용될 수 있는 길이 열리고, 또 의약품이나 공산품의 원료로 쓰이게 되어 우리 생활에 절대적으로 필요한 존재로 변할 수도 있다. 그러므로 지구상에 존재하는 생물의 종에 대한 우리의 인식은 이제 달라져야 한다. 즉, 장차 어떻게 이용될지 모르는 잠재적인 가치를 지닌 생물의 종을 어느 하나라도 소홀히 해서는 안 되며, 더욱이 생물의 종(種)은 한번 사라지면 다시 되살아나지 않기 때문에 종의 보존과 관리에 각별한 관심을 기울여야 한다.
생물 다양성의 또 다른 가치는 그것이 우리의 생활환경의 보전에 없어서는 안 될 소중한 존재들이라는 점이다. 생물의 종은 자연계에서 물질 순환의 주요 매체가 되어 대기, 수질, 토양의 보전에 기여하고, 쾌적한 환경을 마련하는 데 매우 중요한 요소가 되기 때문이다. 이를테면, 우리가 매일 들이마시는 공기 속에 산소의 양이 20% 가량 들어 있도록 조절해 주는 역할을 하는 것은 광합성을 하는 녹색 식물들이다. 이들은 엽록소를 이용하여 햇빛을 받아 이산화탄소와 물을 원료로 써서 녹말 등의 유기 영양분을 만들고 산소를 방출한다. 그 덕분에 지구상의 모든 동식물들이 숨을 쉬며 내뿜는 이산화탄소의 양이 공기 중에 더 많이 증가하지 않고, 아울러 산소의 양도 감소하지 않도록 균형을 잡아 준다. 그런데 이렇게 소중한 역할을 담당하고 있는 녹색 식물을 마구 훼손하면 공기 중의 이산화탄소와 산소의 균형이 깨어지고, 지구상의 생물은 생존을 크게 위협받게 될 것이다. 열대 지방의 거대한 숲은 지구의 공기를 이처럼 정화하는 막중한 사명을 담당하고 있는데, 최근 이 숲이 매년 7만 6천 km2, 즉 우리나라 국토 면적의 1/3 만큼씩 급격히 감소하고 있다고 한다.
그 밖에 생물 다양성은 한 지역에 주어진 환경 요인의 총체적인 산물이기 때문에, 지역마다 구성원이 고유하여 복제가 불가능한 특성을 지니고 있다. 이를테면, 한반도의 생물상은 지구상의 그 어느 곳에서도 그와 똑같은 생물상을 이루는 곳을 찾아볼 수 없다. 그것은 마치 민족마다 고유한 문화유산을 지니고 있는 것과 마찬가지로, 지역마다 고유한 구성원으로 이루어진 생물 다양성을 나타내고 있어서, 결코 복제될 수 없는 고유한 가치를 창조하고 있음을 뜻한다. 그러므로 우리가 문화유산을 지켜 보호하려는 것과 마찬가지로, 우리의 자연 환경에서 형성된 고유한 생물자원도 우리가 소중히 보존해야 할 사명이 있다.
결국, 미래에는 생물자원이 부족한 나라들이 생존에 필요한 각종 자원을 자원 부국으로부터 얻어 써야 하는 사태가 벌어질 것이고, 이 때문에 치러야 할 대가가 엄청나리라는 것은 쉽게 짐작할 수 있다. 우리가 쌀 시장의 개방을 우려한 것은, 이로 인하여 우리의 쌀농사가 위축되고 식량의 자급자족이 불가능해질 때, 우리에게 식량을 수출하는 상대국이 그것을 무기로 삼아 우리의 생존을 위협하게 될 수도 있다는 우려 때문이다. 식량 자원이 무기화될 때 그것은 어떤 전쟁 무기보다 위협적이라는 사실은 누구나 쉽게 짐작할 수 있을 것이다.
자연과 과학의 이해를 위한 독서(4)
명저여행- 토마스 쿤의 ‘과학 혁명의 구조’
토마스 쿤(1922~ 1996): 미국의 과학자. 기념비적인 저서「과학혁명의 구조」에서 과학의 발전 과정을 밝히고 패러다임이라는 용어를 처음 사용.
'과학혁명의 구조'
토마스 쿤은 '과학혁명의 구조'의 서문에서 자신이 지금까지 과학을 바라보는 관점을 바로잡는 목적으로 책을 썼다고 당당히 밝혔다.
이 책의 내용은 그만큼 '혁명적'이었다.
따라서 출간 즉시부터 격렬한 논쟁을 불러일으켰다.
이 책을 두고 비판하는 사람들은 과학자가 마치 새 이론에 충성을 다짐하는 사람처럼 비춰지고 있다고 반발하였다.
이에 반해 그의 견해에 찬성하는 사람들은 과학 지식이 사회적으로 받아들여지는 과정을 밝혀냈다고 높이 평가하였다.
이렇듯 과학사학자이자 과학철학자 토머스 쿤은 20세기 후반의 가장 영향력 있는 사상가 중 한 사람이다.
'과학혁명' '패러다임' 정상과학' 등의 개념을 사용한 그의 과학관은 과학사와 과학철학 분야에서만이 아니라 역사학과 철학은 물론 거의 대부분의 사회과학 분야와 심지어 문학, 예술 이론에 이르기까지 많은 분야에서 큰 영향을 미쳤다.
1962년에 출판된 이 책은 과학의 변화에 대해 다루고 있다.
특히 과학상의 변화 또는 발전이 축적되면서 발전되는 것이 아니라 혁명적으로 변화되어 왔다는 점을 강조하고 있다.
과학의 변화가 이처럼 혁명적이라면 그러한 '과학혁명' 사이에는 비 혁명적이고 안정된 기간이 바로 쿤이 말하는 '정상과학' 의 기간이다.
이 기간을 그는 '페러다임' 이라고 표현했다.
그는 서양 과학 역사상의 수많은 생생한 예를 적절하게 사용하여 자신의 주장을 뒷받침하고 있다.
비록 처음 이 책에 대한 과학철학자의 반응은 비판적이었지만, 설득력 있는 쿤의 견해는 과학철학의 여러 논쟁에 중심점 역할을 했다.
즉 많은 사람이 쿤을 이해하고 비판하는 과정에서 자신의 과학철학의 입장을 다져 나갔던 것이다.
오히려 이 책은 다른 분야에서 더 호의적으로 나타났다.
특히 당시 새롭게 태어난 학문이었던 과학사회학 분야에서 쿤의 이론은 강력한 힘이 되었다.
이에 따라 쿤의 이론을 학문, 예술 등 여러 분야에서의 변화를 설명하는 모델로 삼았다.
그리고 그 같은 시도는 급격히 퍼져 나가서 결국 이 책이 수많은 분야의 사람에게 필독의 책이 되고 20세기 후반의 고전 중 하나가 되었다.
퍼즐 풀기에 비유한 과학연구
쿤은 정상과학 시기의 과학 활동을 퍼즐 풀기에 비유하였다.
이는 가벼운 여흥거리로서의 퍼즐이 아니라 퍼즐이 가진 여러 특징이 과학연구의 핵심을 잘 포착하고 있기 때문이다.
우선 퍼즐은 해답이 이미 존재하며, 해답을 얻기 위해 허용되는 규칙도 미리 주어져 있다.
쿤은 조각 맞추기 퍼즐을 풀다가 잘 안되더라도 절대로 조각을 억지로 끼워 맞추려 해서는
안 된다는 입장이다.
마찬가지로 정상과학 시기의 과학자들은 자신이 연구하뎐 문제가 잘 해결되지 않을 때는
자신의 능력을 탓해야지 자신의 패러다임의 본질적 한계를 가진다고 생각해서는 안 된다는 것이다.
새로운 페러다임은 과연 무엇일까?
우리는 '패러다임' 하면 토마스 쿤을 함께 떠오르게 된다.
그가 과학사에 없던 이 말을 처음으로 만들어낸 장본인이기 때문이다.
하버드대학을 수석 졸업했던 그가 과학은 어떻게 발전해 가는가를 연구하다가 얻은 결론이었다.
원래 패러다임의 의미는 패턴, 전형의 뜻이었다.
그런데 토마스 쿤은 한 시대가 공유하는 과학적 이해와 인식 전반을 통틀어 패러다임이라고 했다. 따라서 새로운 패러다임은 한 시대에 널리 퍼져있는 과학적 이해와 인식 전반을 송두리째 바꿀 수 있는 새로운 체계를 말하게 된다.
모든 과학적인 문제들이 기존의 페러다임 가운데서 다 해결될 수 있다면 그것은 전적으로 옳은 지식체계일 것이다. 그러나 끊임없이 제기되는 문제 중에는 현 지식체계로는 이들을 해결할 수 없게 될 때가 있다.
이때 소위 정상과학으로 자리 잡고 있는 오늘날의 과학은 분명 위기를 맞고 있다.
현대 물리학은 뉴턴 물리학, 아인슈타인의 상대론, 플라크의 양자론으로 이어지는 큰 맥을 잇고 있다. 하지만 이들 이론들도 자연과 우주의 어떤 현상들을 기술하려는 부분적인 이론들에 지나지 않는다.
현대 과학은 지금까지 과학사에 없던 빛의 파동이나 빛의 파장식, 또 우주 팽창 등을 수학적으로 정의하기 위해 노력하고 있다. 이외에도 현대 과학이 해결치 못하고 있는 많은 문제들이 있지만 아직도 현대 과학은 그 어느 것도 확실한 답을 내놓지 못하고 있는 실정이다.
쿤의 말을 빌리면 정상과학으로서의 현대과학이 맞고 있는 위기인 셈이다.
그동안 많은 과학자들은 과학적인 발견들을 보여주었다. 그런데 그 수많은 과학자들 중에서도 갈릴레이나 뉴턴. 아인슈타인과 같은 이들이 추앙을 받게 되는 이유는 무엇일까?
원자탄을 최초로 만든 오펜하이머도 있고 닐 암스트롱과 같이 인류 최초로 달을 밟아본 사람도 있는데 어째서 이들이 추앙받았던 것일까?
그 이유는 그들이 자연과 우주를 바라보는 눈을 인류에게 제공했기 때문이다.
여기서 쿤은 실제 과학 분야에서 과학자가 하는 일 중 가장 중요한 것은 관찰하여 사실을 발견하는 일이라고 하였다.
즉 과학자는 미리 마음에 어떤 생각을 품지 않고 관찰한다는 의미이다. 그럼으로써 쿤은 과학자가 기존 과학에 대해 도전했다고 한다.
따라서 쿤은 지구중심설과 태양중심설의 경우 서로 개념의 틀이 다르다고 보았다.
과학과 혁명의 만남
'과학혁명의 구조'
쿤의 「과학혁명의 구조」가 과학에 대한 논의에서 차지하는 의미는 그동안 있어온 과학을 규명하려는 시도의 흐름을 바꾸었다는데서 찾을 수 있을 것이다. 즉 쿤의 「과학혁명의 구조」를 계기로 과학에 대한 논의는 완전히 달라져 버렸다. 그리고 이 책을 앞뒤로 과학에 대한 그 성격에서 분명히 나누어진다. 앞서의 논의는 과학을 논리적으로 규명해보려는 작업이었다.
다시 말해 과학을 이루는 과학적 지식은 엄밀하게 논리적으로 정당화되어야만 했다. 정당화된 지식은 형식적으로 계산가능하고 결국 참된 지식을 말한다. 이런 생각은 그동안의 과학을 철저히 한 가지 방식으로만 파악할 수 있도록 한다.
이런 논의에 깔려있는 생각이라면 과학은 합리적 인간의 산물이며, 당연히 과학은 합리적이다. 따라서 과학을 인간이 할 수 있는 최상의 것이며 모든 것을 위한 모범으로 여겼다. 그러나 과학혁명의 구조에서 보여준 쿤의 입장은 이와 사뭇 달랐다.
쿤이 본 과학철학은 결코 합리적이지가 않았다. 그리고 과학은 한 가지 잣대로만 잴 수 있는 것이 아니다. 과학에 대한 쿤의 생각에서 보자면, 앞서 있어온 논의는 너무 무모했을 뿐이다. 그리고 그동안 이루어진 논의는 옳지 않은 견해 위에 세워진 사상누각에 지나지 않는다.
즉 여태껏 사람들은 그동안 진짜로 있어온 과학과는 너무 다르게 과학을 이해했고 그런 이해를 토대로 과학을 인위적으로만 논의해 온 것이다. 쿤의 논의는 철저히 과학의 역사에 있는 분명한 역사적 사실에 따른 것이었다. 쿤의 논의는 '전통적 과학관에 대한 혁명 또는 반란'이라고 까지 규명지워질 정도였다.
그리고 쿤은 '새로운 과학철학'의 기수로 과학에 대한 새로운 논의를 이끌었다. 쿤의 책은 처음부터 아주 도전적이었다. "이 글이 겨냥하는 것은 연구 활동 자체의 사적인 기록으로부터 드러날 수 있는 전혀 새로운 과학의 개념을 그리는 것이다."
이 '새로운 과학의 개념'에 따라 과학의 발전, 과학의 변화가 이 책에서 보여주려는 중요한 문제로 제시되었다. 이 문제에 대해 쿤은 이렇게 시작한다.
"아마도 과학은 개별적인 발견과 발명의 축적에 의해서 발전되는 것이 아닐 것이다."
쿤은 과학의 발전에 대해서도 전통적으로 가졌던 생각에 반기를 들고 있다.
이 책은 모두 13장으로 이루어져 있다. 즉, "1. 서론"역사의 역할 2. 정상과학에서의 길 3. 정상과학의 성격 4. 수수께끼 풀이로서의 정상과학 5. 패러다임의 우선성 6. 이상 현상과 과학적 발견의 출현 8. 위기에 대한 반응 9. 과학혁명의 성격과 필요성 10. 세계관의 변화로서의 혁명 11. 혁명의 비가시성 12. 혁명의 해결 13. 혁명을 통한 진보"이다.
그리고 조금 더 뚜렷이 자신의 입장을 밝힌 '후기-1969'가 꽤나 길게 37쪽 분량으로 나중에 보태졌다. 이 책의 목차에서 보듯이 '정상과학'과 '위기' 그리고 '과학혁명'이라는 개념을 중심으로 쿤은 역사 속에서 면면히 이어져온 과학의 발전을 그리고 있다.
과학은 누적적으로 발전하는 것이 아니라 혁명적으로 발전한다.
잘 알려져 있듯이 '과학혁명'을 통한 과학의 발전, 즉 '혁명을 통한 진보'는 바로 '패러다임'에 의한 과학에의 다른 '패러다임'에 따른 과학으로 바뀌는 과정으로 말한다.
여기서 패러다임은 과학의 발전을 말하기 위한 개념이며, '패러다임'의 바뀜은 결국 과학의 발전을 뜻한다.
또 패러다임이 바뀐다는 것은 세계관이 바뀐다는 것을 뜻한다.
세계를 보는 관점이 바뀌어야 과학의 발전이 가능하다.
실제 역사 속에서 과학의 발전은 단순히 논리적으로 말해질 수 있는 것이 아니다 .
자연과 과학의 이해를 위한 독서(5)
「지구생명의 기원」
생명의 기원에 관한 학설
1. 들어가는 글
맨 처음의 생명은 어떻게 해서 발생하였을까
여기에 대해서는 다음 세 가지 이론을 생각할 수 있다. 첫째, 지구에 자연발생 했다는 이론과, 둘째, 다른 천체에서 왔다는 이론과 셋째. 이론은 초자연적이라 할 수 있다. 둘째 이론은 외계에서 생명이 발생하여 지구까지 왔다는 견해인데 그러면 외계에서는 어떻게 생명이 발생하였느냐에 대해서 다시 첫 번째나 세 번째와 같은 이론이 필요함으로 여기서는 두 번째 이론은 약간의 역사적인 고찰만을 하는데 그치기로 한다.
2. 자연발생설과 생명발생설
지구상에 생명체가 나타난 메카니즘에 대해서는 여러 가지 학설이 있다. 그중 하나는 생명의 자연발생설(Theory of Spontaneous Generation)이다. 자연발생설은 고대 희랍인들에 의해 제안된 것이다. 희랍 이오니아(Ionia) 팍파의 탈레스(Thales)나 그의 제자 아낙시스만드로서(Anaximandros)와 같은 자연철학자들은 생물은 열과 공기와 태양에 의하여 진흙에서 우연히 발생하였다고 하였다고 하였다. 아리스토텔레스(Aristoteles,BC 384-322)도 건조하면서도 축축하거나 축축하면서도 건조한 것으로부터 생명이 발생한다고 했다. 아리스토텔리스로부터 근 2000년 동안 간단한 생명체의 자연발생을 조금도 의심하지 않았다. 근세에 이르러서 데카르트(Rene Descartes,1596-1650)조차도 생물은 축축한 흙에 햇빛을 쬐든지 또는 부패 시킬 때 우연히 발생하다고 주장하였다.
그러나 이러한 자연발생설은 17세기에 이르러 일부 학자들로부터 도전을 받기 시작하였다. 자연발생에 대한 공격을 처음으로 시작한 이탈리아의 의사 레디(Frances Rco Redi,1626-1698)였다. 이탈리아 과학원의 유명한 회원이기도 했던 그는 1668년, 두개의 플라스크에 고기를 넣고 한쪽은 무명천으로 된 망을 씌우고 다른 쪽은 그대로 두었다. 그랬더니 망을 친 플라스크에는 구더기가 안생기고 망을 치지 않은 플라스크에는 구더기 생겼다. 이것을 보고 레디는 생물은 반드시 생물로부터만 발생한다는 생물발생론(Theory of Biological Generation) 을 발표하였다. 그러나 레디의 주장이 구더기의 경우에는 맞을지 모르나 다른 모든 생물들에게까지 그 주장을 확대시킬 수 있을지에 대한 구체적인 근거는 없었다.
그러던 중 네덜란드의 현미경학자 레에벤훅(Leeuwenhoek,1632-1723)은 현미경으로 미생물에 대한 자세한 관찰을 하였다. 레에벤훅이 유기 추출물들을 오랫동안 공기와 접촉시켜두었다가 현미경으로 관찰을 하면 거기에는 항상 많은 새로운 미생물들이 존재했다. 그래서 그는 미생물들은 자연 발생한다고 믿었다. 그러나 레에벤훅은 자신이 관찰하는 새로운 미생물들이 자연 발생한 것이 아니라 공기 중에서 새로 들어온 것인지에 대해 확실한 답을 할 수 없었다. 이것을 확인하기 위해 실험을 한 사람이 바로 불란서의 조불로(Louis Joblot)였다. 조불로는 1787년, 식물추출물들을 몇 분간 끊임으로 두개의 그릇에 나누어 담았다. 그런 다음 하나의 그릇은 열어 두었고 다른 하나는 양피지로 단단히 덮어 두었다. 얼마 후 이 두 그릇을 현미경으로 조사해 보니 뚜껑을 덮어두지 않은 그릇에는 많은 미생물이 생겼으나 양피지로 덮어둔 그릇에는 전혀 미생물이 생기지 않았음을 확인하였다. 이 실험으로부터 조블로는 미생물일지라도 자연발생하지 않는다는 결론을 내렸다. 그러나 생명의 자연발생론에 대한 논쟁은 쉽사리 해결되지 않았다. 조불로의 실험 후에도 로마 카톨릭 신부였던 니담(john de Tubeville Needham,1713-1781)은 다시 일련의 실험을 통해 자연발생설을 주장하였다. 여기에 대해 1756년, 이탈리아의 스빨란짜니(Lazzaro Spallanzani,1729-1799)는 니담이 뚜껑을 덮은 그릇의 멸균을 충분히 하지 않았기 때문이라고 비판하면서 좀 더 철저한 실험을 하였다. 그리고는 이 새로운 실험을 통해 그는 다시 자연발생설을 부정하는 실험 결과를 얻었다. 여기에 대해 니담은 스빨란짜니가 플라스크를 너무 세게 가열하여 미생물이 자라지 못했다고 비판하였다. 어쨌든 
히 멸균된 용액을 얻는 일과 더불어 당시 사람들이 워낙 자연발생설을 깊이 신뢰하고 있었던 터라 스빨란짜니의 탁월한 실험결과에도 불구하고 생물발생론과 자연발생론의 대립은 좀처럼 쉽게 해결되지 않았다. 그러자 프랑스과학 아카데미는 생명의 기원을 밝히는 가장 신빙성 있는 실험을 한 사람에게 상금을 주겠노라는 상(Prix Alhumbert)을 내걸었다. 여기에 대해 불란서 과학자 파스퇴르(Louis Pasteur,1822-1895)는 종래의 모든 논쟁들을 일단락 지우는 뛰어난 실험을 함으로 이상을 획득하였다. 1861년
39세의 파스퇴르는 이전 실험들의 문제점들을 분석하고 이를 제거할 수 있도록 실험을 고안하였다. 그는 백조목(swan-neck) 플라스크 실험을 통하여 미생물의 번식에 있어서 온도, 습도, 공기 및 영양이 적당하더라도 밖으로부터 미생물이 들어가지 않는 한 미생물은 생기지 않음을 증명하였다. 또한 같은 플라스크의 백조목 부분을 자름으로 내용물이 직접 공기와 닿게 되자 곧 미생물이 생기는 것을 관찰하였다. 이 실험으로 인해 자연발생론은 미생물 차원에서조차 
히 폐기되었으며 생물은 그 생물의 모체에서만 유래한다고 결론짓게 되었다.
3. 오파린의 가설과 밀러의 실험
파스퇴르에 의해 생명의 자연 발생설이 부정되었음에도 불구하고 금세기 들어와 자연발생설은 좀 더 정교한 이론의 형태를 갖추어 나타났다. 소련의 생화학자 오파린(Aleksandr Ivanoivitch Oparin,1894-1980)은 1936년에 생명의 기원이라는 책에서 생명체는 지구상에서 자연 발생하였다는 생명의 유기화학물설 제시하였다. 그에 의하면 지구상에는 긴 세월이 걸쳐서 무기물로부터 유기물로 진화(화학진화)가 일어났고, 이 유기물이 최초의 생물(원시생물)을 형성했다고 하였다. 그는 원시 지구를 덮고 있던 대기는 오늘날의 대기와는 달리 산소가 없고 메탄(CH4),수소(H2).수증기(H2O),암모니아 (NH3),네온(Ne) 헬륨(He),알곤(Ar) 등으로 되어 있었을 것이라고 가정하였다. 이들 기체는 태양으로부터 자외선이나 번개와 같은 공중방전 된 에너지를 흡수하므로 서로 반응하여 아미노산을 비롯한 여러 가지 간단한 유기물로 되고 이것이 비에 용해되어 바다로 흘러들어가 교질상태가 되었다가 다른 종류의 교질이 반응하여 반액상의 코아세르베이트(coacervate)라는 작은 알맹이 형태로 만들어졌을 것이라고 가정하였다.
코아세르베이트란 단백질 등의 콜로이드 입자가 결합하여 주위의 매질과 명확한 경계가 이루어져 분리 독립된 입상구조를 말한다. 이 코아세르베치트는 내부 교질입자가 서로 정해진 위치에 붙어서 초기구조를 이루며 한편으론 여러 효소계가 형성되어 다른 유기물을 분해하여 그 에너지에 의해 자신을 
하여 성장하여 간다고 가정했다. 이와 같이 코아세르베이트가 성장한 것이 바로 최초의 생명체로 발전되었다고 본다.
원시 생물이 유기물의 화학진화 과정에서 생겼다면 당연히 그것은 유기물에 의존하고 있는 종족영양적 것이다(종속영양 기원설) 오파린에 따르면 원시지구의 태양에는 유기물만이 녹아 있었고 대기에는 유리된 산소가 존재하지 않았다고 보았다. 그러므로 이와 같은 환경에서 최초로 나타난 생물은 바닷물 속에 있는 유기물을 받아들여 무기호흡을 한 결과 점차로 이산화탄소가 해수나 대기 중에 축적되고 유기물은 소비되어 소멸되었다고 본다. 이때 빛, 물, 이산화탄소를 이용해서 탄수화물을 만들고 산소를 방출하는 독립영양적인 생활을 할 수 있는 일반적인 광
형 생물로 발전되었다고 가정하고 있다.
원시 대기에서 아미노산이 생겼다는 오파린의 가설은 1953년, 시카고 대학의 화학자인 유레이(Harold Uery,1893-)와 밀러(Stanley L Miller,1930-)에 의해 실험되었다. 밀러는 5리터들이 플라스크에 물을 넣은 다음 공기를 빼어 진공으로 하고 일정한 비율의 수소, 메탄 및 암모니아의 가스 혼합물을 채웠다. 플라스크에 물을 끓여 수증기가 위의 기체들과 섞이게 하고 이 혼합기체에는 높은 전압을 걸어 방전이 일어나는 전극 사이를 지나가게 하면 이 방전 에너지에 의해 화합물이 생기고 이 화합물은 냉각기를 통하여 골드 트랩(cold trap)에 모여 농축이 된다. 이 장치로 방전을 수 주일간 계속하여, 방치된 물질을 농축시킨 후 그 농축물을 분석한 결과 글리신, 아스파르트산, 글루탄산 등의 아미노산과 핵산에 쓰이는 염기 등의 유기물이 얻어졌다.
4. 밀러 실험의 비판
밀러의 실험은 방전 에너지를 이용하여 무기물질인 메탄, 암모니아 수소 등으로부터 유기물질을 인공적으로 
한 매우 훌륭한 실험이었다. 그러나 무기질로부터 유기물질이 생겼다고 해서 원시 지구에서 무기물로부터 최초의 생명이 자연 발생했음을 증명한다고 주장하는 것은 다음 몇 가지 이유로 인해 지나친 논리의 비약이다.
첫째, 밀러 실험에서 사용한 혼합가스의 조성이 원시 지구의 대기 조성과 같다는 것을 증명할 수 없다. 사실 원시대기가 수소를 많이 포함하고 있는 환원성 대기라는 것도 어디까지나 가설이지 증명된 것이 아니다. 만일 대기의 조성이 현재와 같이 질소와 산소를 많이 포함하고 있는 산화성 대기라면 이들은 아무리 오랫동안 방전시킨다 해도 유기물은 절대 
되지 않는다. 원시 지구상의 대기를 현재와는 전혀 다른 환원성 대기로 가정하는 것은 유기물 
이 가능하기 위해 가정한 것이다. 이것은 밀러 자신과 오르겔(Leslie E Orgel)도 이점을 분명히 밝혔다. "생물학적으로 관심 있는 화합물들의 
은 환원성 조건에서만 가능하기 때문에 우리는 지구의 대기가 환원성이었던 때가 틀림없이 있었을 것으로 믿는다. 약간의 지질학적 및 지구물리학적 증거들이 실제로 그러하였음을 암시하고 있기는 하지만 결정적인 증거는 하나도 없다."
둘째, 밀러의 실험 장치에서는 
된 후 방사전이나 방전 에너지에 의하여 
된 유기물질이 다시 분해되지 않도록 즉시 냉각시킬 수 있는 냉각장치가 사용되었다. 만일 재빨리 냉각되지 않으면 
되었던 유기물은 방전 에너지에 의하여 다시 분해, 파괴되어 버리기 때문이다. 그러나 자연계에서 이와 같은 급속한 냉각장치가 어떻게 존재할 수 있는지 설명할 방법이 없다. 화학진화론자들은 번개와 같은 방전으로 대기 중에 생성된 유기물질은 빗물에 씻겨 바다 속에 갇힌다고 하지만 이 속도는 인공적인 순화속도처럼 빠를 수 없다.
셋째, 밀러의 실험에서는 생명체의 구성요소인 단백질 
의 필요한 L- 아미노산 (shor chain left-handed amino acid)도 생겼지만 생명
에 불필요하고 오히려 방해가 되는 d- 아미노산(long-chain right - handed amino acid)도 함께 생성되었다. 생체가 
하는 아미노산은 100% L-아미노산인데 비해 인공적으로 
한 아미노산은 L2아미노산과 D-아미노산이 50%정도씩 섞여 있는 소위 라세미 혼합물(Rasemi mixture)이다. 그러므로 인공적으로 만들어진 아미노산이 생명
에 사용되려면 누군가가 라세미 혼합물로부터 L2 아미노산만을 분리시켜야 한다. 자연계에서 누가 그 일을 할 수 있는가
실제로 화학 진화론자들은 아무도 밀러의 실험으로 생긴 혼합 유기물질을 다음단계의 고분자 
원료로 사용하지 못한다.
넷째, 자연계에 밀러의 장치 같은 것이 존재할 수 있는가 문제이다. 밀러의 실험 장치는 매우 정교한 장치로서 이 실험을 했던 밀러는 그 공로로 노벨상을 수상했다. 기껏해야 가상적인 환원성 기체 방전으로 유기물을 만드는 실험이지만 이것이 실험실에서 이루어지기 위해서는 노벨상을 받을 정도의 뛰어난 과학자의 아이디어와 실험 장치의 설계, 실험 계획이 있었다. 창조주 하나님의 설계가 아니라면 누가 자연계에서 이러한 화학진화의 일부를 일으킬 수 있도록 할 수 있는가라는 문제가 생긴다.
5. 폭스의 실험
밀러 실험 다음 단계의 화학진화 실험은 1959년,폭스(sidney Fox)에 의해 이루어졌다. 그는 원시지구 상에서 단백질과 같은 복잡한 유기분자가 생성되는 한 모델을 제시하였다. 폭스는 원시지구 위에서 가장 얻기 쉬운 에너지원은 화산이 폭발할 때 용암에서 오는 열이라고 생각하였다. 그는 여러 가지 다른 L-아미노산들을 혼합하여 150-180도시에서 4-6시간 동안 가열함으로써 단백질 같은 고분자, 프로티노이드(protenoid)를 만들었다. 그리고 프로티노이드를 온수에 녹였다가 용액을 냉각시킴으로 마이크로스피아(microsphere) 라는 2 마이크론 정도의 작은 입자가 만들어졌다. 폭스는 이 실험이 단백질 뿐 아니라 세포와 비슷한 것이 자연적으로 
되는 모델이라고 제안하였다.
습한 대기 중에서 생성된 아미노산들이 화산 둘레의 뜨겁고 건조한 곳에 정착 하여고, 분자화 되고, 비에 의해 씻겨 내려가 연못 같은 곳에 모여 마이크로스피어로 변한 후, 궁극적으로 생명세포로 된다고 가정하였다. 즉, 처음 아미노산이 생성될 때는 물이 있어야 되고, 그 다음 프로테노이드가 
될 때는 물이 없어야 하며, 마이크로스피어가 
될 때는 다시 물이 있어야 한다. 이런 연속적인 반응조건은 실험실에서는 가능하다. 원시지구에서 일어날 가능성은 거의 없다. 그래서 폭스의 모델은 원시지구에서 일어나는 조건과는 무관하다고 밀러와 유레이도 말하고 있다. 사실, 프로테노이드가 자연적으로 생긴다고 하더라도 그 농도는 매우 낮을 뿐만 아니라 L-아미노산만으로 된 프로테노이드는 저저롤 
되지 않는다. 또한 폭수의 실험조건 중에서 온도가 아주 높아지거나, 반응시간이 길게 되면 아미노산은 중합반응보다 분해되는 역반응이 일어나게 된다.
6. 외계 생명설
생명이 외계에서 왔다는 이론은 19세기 말 스웨딘의 물리학자인 아레니오스(Svante Arrhenius 1859-1927)가 처음으로 주장하였다. 그는 최초의 생명 이 지구에서 화학진화의 과정을 통해 발생하였으리라는 가능성이 희박해지자 최초 생명의 기원을 우주에서 찾으려고 한 것이다. 아레니우스는 최초의 생명은 지구에서 자연적으로 발생한 것이 아니라 우주에서 온 미생물에 의해 시작되었다고 주장하였다. 우주에서 출발한 이 원시 포자들은 우주 복사선의 압력에 의해 진력을 갖게 되었으며 우주공간을 돌아다니다 지구에 도달했다는 것이다. 그는 이 포자들이 우주 공간의 "모든 곳에 존재하는 종자"라고 생각하여 자신의 이론을 범균설(Panspermia)이라고 불렀다. 그러나 이 견해는 어떻게 살아있는 포자가 우주 방사선에 의해 머나먼 우주공간을 밀려오면서도 해를 받지 않고 살아 있었는지에 대한 설명을 할 수 없었기 때문에 별로 설득력이 없었다.
아레니우스 이론의 단점을 보완하여 제시된 이론이 소위 정향적 범균설(Di rected Panspermia)이었다. 이 이론은 왈슨 (James D.Watson.1928-)과 함께 DNA의 이중나선 구조를 밝힘으로 노벨상을 받은 영국의 크릭(Francis Crick 1916-)의 주장으로 그에 의하면 지구상의 생명은 수십억 년 전고도로 발달된 우주의 어느 문명사회로부터 모인 우주선에서 의해 실려 보내진 원시 포자에 의해 시작되었다고 한다. 이 포자들이 원시 바다에 떨어져서 번식함으로 지구상에 최초의 생명이 시작되었다고 한다. 그러나 이 이론 역시 구체적인 증거가 부족함으로 단순한 추측의 산물이라고 할 수 있다. 설사 최초의 지구상 생명체가 다른 우주 문명은 어떻게 생겨난 것인가라는 새로운 질문에 봉착하게 됨으로 이야기는 다시 원점으로 돌아가고 만다. 다시 말해 외계 생명설은 외계 생명의 기원에 관한 설명을 할 수 없기 때문에 현재 우리의 논의의 대상이 될 수 없다.
7. 결론
이상에서 우리는 생명은 자연적으로는 발생될 수 없으며 유일한 대안은 생물발생설, 즉 생명은 생명체로부터만 나올 수 있음을 보았다. 생명이 생명으로부터만 나올 수 있다면 최초의 생명체는 어디에서 왔을까
우주에서 온 것도 자연에서 저절로 발생된 것도 아니라면 결론은 간단하다. 창조주에 의해 창조된 것이다. 혹자는 자연 발생되지 않았다고 해서 반드시 창조되었다고 할 수 있느냐고 항의할지 모른다. 그러나 논리적으로 볼 때 스스로 존재하게 되지 않았다면 누군가에 의해 창조되었다는 선택밖에 존재하지 않는다. 그 누군가가 바로 성경에 나타난 하나님인 것을 믿는 것은 신앙적 결단이다. 그러나 정직하고 객관적인 사고를 하는 사람이라면 누구나 신앙적 결단을 하지 않더라도 가시적 자연계 뒤에 이 모든 생명세계를 존재하게 한 창조주가 계신다는 것을 받아들이지 않을 수 없다.
출처: http://theology.ac.kr/institute/dtdata/%EC%8B%A0%ED%95%99%EC%9D%BC%EB%...
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