실험이라는 혁명을 일으킨 자들

과학은 언제부터 과학이었는가. 고대 그리스인들도 자연을 관찰했고, 중세 학자들도 논리를 사용했다. 그러나 오늘날 우리가 “과학적”이라고 부르는 방법 — 가설을 세우고, 실험으로 검증하고, 반증 가능성으로 구분하는 — 은 특정한 역사적 순간에 발명된 것이다. 베이컨은 관찰로부터 일반 원칙을 끌어내는 귀납의 논리를 세웠다. 갈릴레이는 자연이 수학의 언어로 쓰여 있다는 것을 실험으로 증명했다. 포퍼는 과학과 비과학을 가르는 경계가 증명이 아니라 반증에 있다고 주장했다. 세 사람은 서로 다른 시대에 살았지만, 그들이 남긴 원칙들은 하나의 건물 — 근대 과학 — 의 기둥을 이룬다.

프랜시스 베이컨(1561–1626)은 지식의 방법을 혁신하려 했다. 갈릴레오 갈릴레이(1564–1642)는 하늘과 땅의 운동을 수학으로 측정했다. 칼 포퍼 (1902–1994)는 과학적 지식의 논리적 구조를 분석하여 “과학이란 무엇인가”에 답했다. 한 사람은 귀납을 설계했고, 한 사람은 실험을 완성했으며, 한 사람은 반증이라는 날카로운 칼날을 갈았다.

베이컨: 우상을 깨뜨리고 귀납을 세우다

1620년, 프랜시스 베이컨은 『신기관(Novum Organum)』을 출판했다. 제목 자체가 선전포고였다. “새로운 기관(도구)” — 아리스토텔레스의 논리학 모음집 『오르가논(Organon)』을 정면으로 대체하겠다는 선언이다. 베이컨이 보기에 스콜라 철학의 삼단논법은 이미 알고 있는 것을 그럴듯하게 재배열할 뿐이었다. 새로운 지식을 발견하는 방법이 아니라 기존 권위를 정당화하는 기계였다.

베이컨의 대안은 귀납(induction)이었다. 개별 사례들을 충분히 많이 수집하고, 패턴을 관찰하며, 점차 더 일반적인 법칙으로 올라가는 것. 그러나 그는 이 과정에서 인간 정신이 스스로를 속이는 방식을 먼저 해부했다. 그것이 바로 그 유명한 네 가지 우상(idola)이다.

베이컨 자신은 실험 과학자라기보다 과학의 철학자이자 정치가였다. 그는 영국 대법관을 지낸 귀족이었고 부패 혐의로 실각했으며, 인생의 마지막 몇 해를 저술에만 바쳤다. 전설에 따르면 그는 죽기 직전까지 실험을 했다. 눈이 보존을 방해하는지 알아보려고 닭에 눈을 채우다가 폐렴에 걸린 것이 그의 죽음을 앞당겼다는 이야기다. 진위는 불확실하지만, 이 일화는 베이컨에게 가장 잘 어울리는 죽음의 방식이다. 관찰의 순교자.

베이컨의 한계도 분명했다. 그는 귀납의 중요성을 역설했지만, 코페르니쿠스의 지동설을 받아들이지 않았다. 갈릴레이의 동시대인이었음에도 수학이 자연 탐구의 핵심 도구가 될 것임을 보지 못했다. 그러나 그가 선언한 정신 — 권위 대신 관찰, 추론 대신 실험, 닫힌 체계 대신 열린 탐구 — 은 이후 왕립학회(Royal Society)의 모토 “Nullius in verba(누구의 말도 그대로 받아들이지 말라)”가 되었다.

갈릴레이: 자연을 숫자로 번역한 자

1589년, 피사 대학의 젊은 교수 갈릴레오 갈릴레이는 강의 중에 아리스토텔레스를 반박했다. 아리스토텔레스는 무거운 물체가 가벼운 물체보다 빨리 떨어진다고 했다. 갈릴레이는 그것이 틀렸다고 주장했다. 전설에 따르면 그는 피사의 사탑에서 두 무게의 공을 동시에 떨어뜨려 보였다. 역사가들은 이 일화가 실제로 일어났는지 의심하지만, 그것이 중요한 것은 아니다. 갈릴레이는 분명히 경사면 실험을 통해 낙하 운동을 수학적으로 측정했고, 그 결과가 아리스토텔레스를 완전히 논박했다.

“철학은 우리 눈앞에 항상 열려 있는 이 거대한 책 — 우주 — 에 쓰여 있다. 그러나 그 책을 읽으려면 먼저 그 언어를 익히고 그 글자를 이해해야 한다. 그 언어는 수학이며, 글자는 삼각형, 원, 그 외 기하학적 도형이다.”
— 갈릴레오 갈릴레이, 『시금자(Il Saggiatore)』(1623)

이 선언이 갈릴레이를 특별하게 만드는 핵심이다. 베이컨이 관찰의 중요성을 역설했다면, 갈릴레이는 관찰의 결과를 수학적 언어로 변환했다. 낙하하는 물체의 속도가 시간에 비례한다. 경사면을 구르는 공의 이동 거리는 시간의 제곱에 비례한다. 이것은 단순한 관찰이 아니다 — 자연이 정량적 법칙을 따른다는, 당시로서는 혁명적인 주장이었다.

갈릴레이의 가장 큰 혁신은 실험 설계에 있었다. 그는 단순히 자연을 관찰하는 데 그치지 않고, 인위적으로 조건을 통제하여 변수를 분리했다. 경사면의 각도를 바꾸어가며 공의 속도를 측정했다. 마찰을 줄이는 방법을 고민했다. 시간을 측정하기 위해 물시계를 사용했다. 이것이 현대 실험 과학의 본질이다 — 자연을 특정한 질문에 답하도록 구성하는 것. 자연은 가만히 두면 복잡한 채로 있다. 실험은 그 복잡성에서 원하는 변수만을 꺼내는 도구다.

포퍼: 과학은 증명이 아니라 반증으로 전진한다

1919년, 빈의 젊은 칼 포퍼는 세 이론 사이에서 갈등하고 있었다. 아인슈타인의 일반 상대성 이론, 마르크스의 역사 유물론, 프로이트의 정신분석. 셋 다 강렬했고 각자의 열렬한 추종자들을 거느렸다. 그런데 포퍼는 이 세 이론이 근본적으로 다르다는 것을 깨달았다. 아인슈타인의 이론은 특정한 방식으로 틀릴 수 있었다 — 1919년 에딩턴의 일식 관측이 그것을 검증했다. 반면 마르크스주의와 프로이트 이론은 어떤 일이 일어나도 그것을 자기 이론으로 설명할 수 있었다. 경제가 호황이면 자본주의의 일시적 성공이라 했고, 불황이면 자본주의의 내재적 모순이라 했다. 반박이 불가능한 이론이었다.

“과학적 방법은 우리가 결코 확실성에 도달할 수 없다는 인식으로부터 시작된다. 과학은 추측과 반박(conjectures and refutations)으로 이루어진다. 우리는 가설을 세우고, 그것을 반박하려 시도하며, 반박에서 살아남은 이론을 잠정적으로 수용한다.”
— 칼 포퍼, 『추측과 논박』(1963)

포퍼의 핵심 통찰은 역설적이다. 과학 이론은 절대 증명될 수 없다.아무리 많은 백조를 보아도 “모든 백조는 희다”를 증명할 수 없다 — 다음에 볼 백조가 검을 수도 있으니까. 그러나 검은 백조 하나면 그 이론을 반박하기에 충분하다. 귀납은 논리적으로 확실성을 줄 수 없다. 그렇다면 과학은 무엇인가. 포퍼의 대답: 반증 가능한(falsifiable) 이론들의 집합. 과학은 진리의 점진적 증명이 아니라 오류의 점진적 제거다.

포퍼는 과학 철학자였지만 그의 사상은 정치 철학으로 확장되었다. 반증 불가능한 이론 — 역사 법칙이 진보를 보장한다는 마르크스주의, 인종이 역사의 원동력이라는 나치즘 — 은 단순히 비과학적인 것이 아니라 위험했다. 그의 『열린 사회와 그 적들』(1945)은 전체주의 이데올로기가 왜 반박 불가능하고 따라서 개방적 비판을 허용하지 않는 “닫힌 사회”를 낳는지를 분석했다. 과학의 논리는 민주주의의 논리와 동일하다. 어떤 이론도, 어떤 정부도, 반박과 교체의 가능성을 가져야 한다.