과학 혁명의 구조(토머스 S. 쿤)

정상과학

뜻 : 과거의 과학적 성취에 기반한 연구활동으로, 당대 과학자 공동체가 인정한 것. 지배적인 이론. 교과서적인 지식.

예시 : 아리스토텔레스의 ‘자연학(Physica)’, ‘광학(Opticks)’, 프랭클린의 ‘전기에 관한 실험과 관찰 기록’, 라부아지에의 ‘화학요론’, ..

패러다임

뜻 : 경쟁자 이론을 물리치고 지배적 이론으로 자리잡은, 특정 시대의 과학적 틀과 규칙

예시 : 프톨레마이오스의 천문학, 코페르니쿠스의 천문학, 아리스토텔레스의 동역학, 뉴턴의 동역학, 입자광학, 파동광학 등이 제목으로 기술하는 전통

물리광학에서의 패러다임의 전환

요약(최근에서 과거순으로)

• 오늘날 : 빛은 광자(파동과 입자의 특성을 모두 가지는 양자역학적 실체)
• 19세기 말 : 빛은 횡파. (토머스 영과 프레넬로부터 유도된 패러다임)
• 18세기 : 빛은 물질 입자들. (뉴턴으로부터 유도된 패러다임)
• 17세기 이전 : 특정한 패러다임이 존재하지 않았음

패러다임에 근거한 연구 (85~89쪽)

아래와 같은 내용들로 인해 과학적 연구는 점점 방향이 뚜렷해지는, 즉 패러다임에 근거한 연구의 성격을 띄게 되었다. (내가 해석한 것이 맞나 모르겠다. 글이 너무 너무 어렵다)

-하나의 패러다임이 보편화되면 낡은 학파는 퇴보, 사라진다.
-과학자들이 연구를 처음부터 진행하지 않고 제1원리들은 당연하게 받아들이고, 교과서가 끝나는 시점부터 연구하게 되었다.
– 저술 형태가 점점 일반인이 이해하기 어렵고 전공자들만 이해할 수 있는 형태로 변화하였다.(논문 등)

정상과학 시대의 과학자들이 하는 일

정상과학 시대의 과학자들은 새로운 이론의 창안을 목적으로 하지도 않으며, 다른 과학자들에 의해서 창안된 이론을 잘 받아들이지도 못한다. 오히려 패러다임이 이미 제공한 현상과 이론을 명료화하는 것을 지향한다. (의미 있는 사실을 결정, 사실의 이론과의 일치, 이론의 명료화)

이 점을 잘 알았더라면 고등학교 때 내가 좋아했던 분야를 향해서 망설임 없이 과학자가 되었을 것이다. 하지만 나는 과학자가 되기 위해서는 무엇인가 새로운 것을 발명하고 발견해야 하는 줄 알았다. 청소년기에 책이나 매체를 통해 접하는 대부분의 유명한 과학자들은 사실 패러다임 전환기의 과학자들이다. 정상과학 시대의 과학자들의 업적이 책이나 매체를 통해 알려지는 일은 드물다. 나는 그들도 하나의 패러다임 안에서 바쁘게 할 일이 많다는 것을 청소년들이 많이 알고 자연과학계에 겁먹지 않고 진출했으면 좋겠다.

정상 과학은 퍼즐 풀이와 같다

쿤은 정상과학의 과학자들의 연구활동을 퍼즐 풀이에 비유한다. 과학자들의 가장 큰 동인은 ‘아무도 풀지 못한 퍼즐을 푸는 것’이다. 하지만 퍼즐 풀이는 막 하는 것이 아니지 않은가. 과학 연구도 마찬가지다. 어떤 문제를 해결할 때는 단순히 ‘어떤 결과가 나왔습니다!’ 하는 것만으로는 부족하다. 쿤은 이를 빛의 파장을 측정하는 기계를 만든 과학자 이야기에 비유한다.

예를 들어, 한 과학자가 빛의 파장을 측정하는 새 기계를 만들었다고 하자. 단순히 ‘이 빛의 파장은 500nm이다.’라고 하면 동료들은 ‘그래서 뭐?’라고 할 것이다. 과학자라면 자신의 기계가 어떻게 작동하고, 그 숫자가 현재의 광학 이론과 어떻게 맞아떨어지는지까지 설명할 줄 알아야 한다. 즉, 정상 과학 시대의 연구자들은 자신이 속한 시대의 패러다임 안에서 연구해야 했다. 뉴턴의 운동 법칙이 지배하던 시기에는 물질의 질량이 중요한 개념이었고 따라서 물질 조각들 사이에 작용하는 힘을 연구하는 것이 주요 과제였으며, 화학에서는 원자와 분자 개념을 바탕으로 원자량을 밝히는 것이 큰 퍼즐이었다.

즉, 정상 과학 시대의 과학자들은 단순히 새로운 것을 만들어 내는 일이 아니라, 기존의 패러다임 안에서 주어진 문제를 정해진 방식으로 해결해 나가야 했다.

서로 다른 패러다임에 속한 과학자들

전공 세분화에 따른 패러다임 차이로 인한 일화도 인상 깊다. 물리학자와 화학자에게 ‘헬륨의 단일 원자는 분자인가, 아닌가’하고 물었을 때, 화학자는 기체 운동론의 관점에서 그것이 분자처럼 행동하므로 분자가 맞다고 응답하고, 물리학자는 분자 스펙트럼을 나타내지 않는다는 이유로 분자가 아니라고 응답했다는 것이다.

변칙현상

새롭게 등장한 패러다임은 대부분의 관찰 결과나 실험을 잘 설명한다. 그래서 과학자들은 ‘오 이 패러다임이 맞나봐’하고 생각하게 된다. 그리고 패러다임 안에서 연구는 더 정교해지고, 전문화되며 따라서 경직된다.

이렇게 정교해지고 정확해질수록 과학자들은 패러다임 안에서 설명할 수 없는 변칙현상을 더 잘 알아차리게 된다. 변칙 현상은 기존 패러다임이라는 배경이 있기 때문에 그 모습을 드러낼 수 있다. 패러다임이 정확하고 정교할수록, 변칙 현상을 더 날카롭게 잡아낼 수 있는 예민한 지표 역할을 한다. (이것은 수학도 마찬가지다. 뭔가 구체적으로 설명하는 것에는 웬만하면 늘 반례가 있게 마련이다.)

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