[ Ronald N. Giere, John Bickle, and Robert Mauldin (2005), Understanding Scientific Reasoning, 5th Edition (Cengage Learning)
Ronald N. Giere 외, 『과학적 추론의 이해』 [제5판], 조인래・이영의・남현 옮김 (소화, 2008), 116-171쪽. ]
3.1. 금성의 상
3.2. 뉴턴과 핼리의 혜성
3.3. 플로지스톤 이론의 몰락
3.4. 다윈과 진화
3.5. 멘델의 유전학
3.6. 지질학에서의 혁명
■ 왜 역사적 일화를 분석하는가?
- 새로운 연구 결과를 분석할 때 유용한 유사체 모형을 제공
- 과학사의 사례들이 과학자 및 일반 지식인 계층의 과학에 대한 상을 형성
- 인류 문화유산의 중요한 부분
- 전혀 이해하지 못하는 것보다 단순화해서 이해하는 것이 나음
3.1. 금성의 상
- 천체의 배열에 대한 기존의 두 모형
• 프톨레마이오스 모형
• 코페르니쿠스 모형
- 갈릴레오 갈릴레이의 망원경을 통한 금성의 위상 관측
■ 분석
- (1) 실세계
• 대상: 지구 가까이에 있는 것으로 알려진 천체들(태양, 달, 행성들)
• 이론적 쟁점: 이것들이 어떻게 배열되어 있으며 상호간의 상대적인 운동은 어떠한가
- (2) 모형
• 모형(1)(프톨레마이오스 모형): 태양과 달을 비롯한 행성들이 지구 주위를 공전
• 모형(2)(코페르니쿠스 모형): 지구를 포함한 행성들이 태양의 주위를 공전하며 달은 지구의 주위를 공전
- (3) 예측
• 모형(1): 금성이 태양의 빛을 받아 완전히 모습을 드러내는 일은 결코 볼 수 없음
• 모형(2): 금성이 태양의 빛을 받아 완전히 모습을 드러내는 단계를 포함하여 일련의 완전한 단계를 가짐.
- (4) 자료
• 금성은 다양한 상의 전 단계를 보여주며 때로는 태양의 빛을 받아 완전히 모습을 드러내기도 함.
- (5) 부정적인 증거?
• 자료는 모형 1과는 일치하지 않고 모형 2와 일치한다. 따라서 자료는 프톨레마이오스의 모형이 실제 우주를 적절하게 나타내지 않고 있다는 증거를 제공함.
- (6) 긍정적인 증거?
• 모형(1)에서는 불가능한 자료
• 자료를 설명하는 대안 모형의 부재
• 따라서 자료는 코페르니쿠스의 모형이 실제 우주와 잘 맞는다는 증거를 제공함.
3.2. 뉴턴과 핼리의 혜성
■ 뉴턴의 역학 모형
- 지상의 물체들과 천상의 물체들을 통합하는 새로운 역학 체계
■ 핼리의 혜성
- 혜성이 아주 큰 타원형 궤도를 가진 작은 행성과 유사할 것이라는 뉴턴의 제안에 따라 혜성의 주기를 밝혀내고 다음 번 돌아올 시점을 예측
- 혜성의 관측 기록 조사: 76년 주기의 타원형 궤도를 가진 같은 혜성이 세 번 나타난 것이라는 결론
- 1758년 12월 후반 또는 이듬해 3월 초에 그 혜성을 다시 볼 수 있을 것
■ 분석
- (1) 실세계
• 1682년 관찰된 혜성의 경로
- (2) 모형
• 타원형 궤도에서 중력에 의해 서로를 끌어당기는 두 물체에 대한 뉴턴의 모형
- (3) 예측
• 그 혜성이 1758년 말경 또는 이듬해 초에 다시 돌아올 것
- (4) 자료
• 예측한 대로 그런 궤도를 가진 혜성이 나타남
- (5) 부정적인 증거?
• 없음
- (6) 긍정적인 증거?
• 유일한 대안적 가설: 똑같은 궤도를 가진 또 다른 혜성이 76년 후에 우연히 나타났을 뿐이라는 것으로 가능성은 희박함.
• 따라서 자료는 뉴턴의 모형이 들어맞는다는 아주 좋은 증거를 제공함.
3.3. 플로지스톤 이론의 몰락
플로지스톤 모형
• 연소와 용해, 부식 등에 대한 18세기 이전의 이론
• 불타고 있는 물체에서 ‘어떤 것(플로지스톤)’이 빠져나가고 재만 남음.
라부아지에의 실험
• 수은을 가열했을 때 플로지스톤이 빠져나온다면 기체의 부피가 증가할 것
플로지스톤 모형의 예측
• 가열 후 공기는 수은에서 빠져나간 플로지스톤을 함유할 것
• 수위 하강
■ 분석
- (1) 실세계
• 연소 과정(수은의 통제된 연소)
- (2) 모형
• 플로지스톤 모형: 수은을 포함한 물질에 열을 가하면 눈에 보이지 않는 물질인 플로지스톤이 방출된다.
- (3) 예측
• (1) 공기에 추가된 플로지스톤 때문에 유리병 아래의 수위가 내려감.
• (2) 플로지스톤이 수은에서 빠져나가고 수은이 재가 되었으므로, 수은과 재의 혼합물은 원래 실험에 쓰였던 수은보다 무게가 덜 나갈 것
- (4) 자료
• (1) 유리병 아래의 수위가 올라갔다.
• (2) 수은과 재의 혼합물이 원래 수은보다 무게가 더 나갔다.
- (5) 부정적인 증거?
• 자료와 예측이 일치하지 않음.
3.4. 다윈과 진화
- 지구상의 다양한 생물 형태의 기원에 관한 설명
- 기독교 전통의 특수 창조 모형
• 생명 형태의 다양성과 적응은 자연계 질서 바깥에서 작용하는 절대적 존재의 특수한 창조 행위가 낳은 산물임.
- 다윈의 자연 선택 모형
• 한 개체군의 어떤 변이는 특정한 환경에서 경쟁적 우위를 점하여 다음 세대에게 전해질 것이고, 시간에 따라 개체군은 다른 종으로 진화할 것
- 1970-1980년대 그랜트 부부의 핀치의 부리 조사
■ 분석(1)
- (1) 실세계
• 갈라파고스 제도에 서식하는 핀치의 부리 크기와 형태의 기원
- (2) 모형
• 다윈의 자연선택에 의한 진화 모형: 경쟁적 우위를 제공하는 형질들이 유전되어 미래의 세대들에 더 널리 퍼질 것
- (3) 예측
• 갈라파고스 제도에서 핀치의 환경과 먹이 공급이 급격히 변화하면, 다음 세대의 부리 크기와 모양은 새로운 유형의 먹이에 적응하기 위해 변화할 것
- (4) 자료
• Geospize fortis: 사막화된 섬의 딱딱한 씨앗을 깨기에 적합한 크고 좁고 깊은 부리로 진화
• 홍수 후 풍성한 작은 씨앗을 까먹기에 적합한 작은 부리의 핀치 개체수 증가
- (5) 부정적인 증거?
• 없음
- (6) 긍정적인 증거?
• 대안적인 모형에 대한 논의 필요
■ 분석(2)
- (1) 실세계
• 지구상에 있는 생물 형태들의 기원과 발달
- (2) 모형
• 특수 창조 가설: 생물 형태는 통상적인 자연 과정의 외부에서 작용하는 지적인 신에 의해 의도적으로 창조된 것
- (3) 예측
• 개별적인 생물 형태들은 그들의 환경에 잘 적응할 것
- (4) 자료
• 현존하는 생물 형태들은 실제로 그들의 환경에 잘 적응하고 있음
- (5) 부정적인 증거?
• 없음
- (6) 긍정적인 증거?
• 대안 모형인 다윈의 자연선택 모형이 조재하므로, 자료는 특수 창조의 가설을 위해 결정적인 증거는 아님.
3.5. 멘델의 유전학
브르노 시 수도원의 수사 멘델
1856-1866년 완두 교배 실험
실물의 여러 가지 특성(결, 색깔, 키 등의 형질)을 부닐시켜, 서로 다른 형질을 나타내는 식물의 수를 실제로 계산함
연구 결과는 묻혔다가 1900년에야 다시 빛을 봄
■ 분석
- (1) 실세계
• 유성 생식하는 부모에게서 나온 자손에 의해 형질이 유전되는 과정
- (2) 모형
• 분리의 법칙과 우성의 법칙을 모두 만족시키는 멘델의 두 인자 모형
- (3) 예측
• 역교배 실험에서 나온 자손 가운데 키가 큰 것과 작은 것의 비율은 1:1
- (4) 자료
• 전체 208개의 자손 중에서 키가 큰 식물은 106개, 키가 작은 식물은 102개
- (5) 부정적인 증거?
• 없음
- (6) 긍정적인 증거?
• 멘델의 모형이 잘 맞지 않아도 예측이 자료와 일치할 가능성?
• 거의 없어 보이므로 예측과 자료의 일치가 멘델의 가설을 웬만큼은 지지
3.6. 지질학에서의 혁명
베게너의 대륙이동설(1915)
헤스의 해저확장 모형(1960)
몰리・바인・매튜 가설(1963)
라몬트 지질학 연구소의 해양 탐사(1965)
■ 분석
- (1) 실세계
• 지표면에 있는 대양과 대륙의 구조와 역사
- (2) 모형
• 헤스와 바인 등의 모형: 상승하는 대류가 해저의 확장을 초래함
• 해저의 확장으로 지각이 움직이고 대륙은 그 지각 위에 실려 함께 움직임
- (3) 예측
• 지국 자기장 가정. 정상적인 방향의 자성 물질과 역전된 방향의 자성 물질이 해저 산맥과 평행하게 번갈아 나타나며 띠를 이루고 있을 것
• 이런 띠들은 화산 주변에 쌓여 응고된 용암충돌, 심해의 퇴적층에서 발견되는 자성 물질들과도 같은 양상을 드러낼 것
- (4) 자료
• 해저의 자기 강도 패턴과, 육지에서의 광물 분석 패턴, 퇴적층의 원통형 표본의 분석 패턴이 모두 일치
- (5) 부정적인 증거?
• 없음. 자료와 예측은 아주 세부적으로도 정확히 일치
- (6) 긍정적인 증거?
• 수축 모형 중에는 그런 자료를 예측하는 그럴듯한 모형이 없음.
• 따라서 자료는 새로운 이동 모형이 지각의 실제 구조 및 역사와 일치한다는 아주 좋은 증거를 제공
(2021.12.27.)
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