[ Thomas S. Kuhn (1996), The Structure of Scientific Revolutions (3rd ed.), University of Chicago Press, pp. 92-110.
토머스 S. 쿤, 「9장. 과학혁명의 본질과 필연성」, 『과학혁명의 구조』, 김명자・홍성욱 옮김 (까치, 2013), 184-208쪽. ]
■ 패러다임의 변화를 혁명이라고 부르는 이유 [pp. 92-94, 184-187쪽]
- 과학 혁명은 옛 패러다임이 양립불가능한 새 패러다임에 의해 전반적 또는 부분적으로 교체되는 비-누적적 발전의 에피소드.
- 패러다임의 변화가 왜 혁명이라고 불려야 하는가?
• 정치 혁명과 과학 혁명의 어떤 유사점이 그러한 은유를 정당화하는가?
- 유사성(1): 위기로 이끌 수 있는 기능불량(malfunction)의 느낌이 혁명의 선행조건임.
• 예) 코페르니쿠스나 라부아지에 등 주요 패러다임 변화
• 예) 산소나 X선 등 새로운 종류의 현상과 관련된 작은 패러다임 변화
• 과학 혁명은 새 패러다임의 영향을 받는 사람들에게만 혁명적으로 보이면 됨. 무관한 사람들에게는 발달 과정의 정상적 부분으로 보임.
• 예) X선은 천문학자에게는 지식의 단순한 증가지만, 복사 이론이나 음극선을 다루는 사람들에게는 패러다임을 바꾸는 사건.
- 유사성(2): 패러다임 선택에서의 순환성
- 정치 혁명의 경우
• 정치 혁명의 목적은 기존 제도가 금지하는 방식으로 제도를 바꾸는 것임.
혁명이 성공하면 기존 제도의 일부분이 철회되고, 그 동안 사회는 제도의 온전한 지배를 받지 않음.
• 위기가 심화되면 새 제도의 틀에서 사회를 재구성하자는 구체적인 제안에 많은 개인들이 헌신함. 옛 제도를 옹호하는 편과 새 제도를 만들려는 편으로 파당이 나뉨.
• 양극화가 발생하면 정치적 해결(political recourse)은 실패함.
• 당파들은 정치적 변화의 달성과 평가에 대한 제도적 매트릭스가 다르고 차이를 조정할 초-제도적 틀을 모름.
• 결국 대중 설득 기술에 의존하고 때로 무력을 행사함.
• 혁명은 부분적으로 정치 외적인 사건이나 제도 외적인 사건에 의존함.
- 과학 혁명의 경우
• 경쟁하는 패러다임들에서의 선택은 양립불가능한 공동체적 삶의 양식들에서의 선택.
• 그러한 선택은 부분적으로 특정 패러다임에 의존하고 그 패러다임이 논쟁 대상이므로, 정상 과학에서처럼 평가 과정에 의해 단순히 결정될 수 없음.
• 패러다임 선택에서 패러다임의 역할은 순환적
- 패러다임의 순환성
• 그러한 순환은 논증을 잘못되게 하거나 무력한 것으로 만들지 않음. 어떤 패러다임을 전제하는 사람은 그 패러다임을 옹호하는 과학적 실행을 명확하게 제시할 수 있음.
• 그러나 순환 논증의 지위는 단지 설득을 위한 것일 뿐. 두 집단이 공유하는 전제와 가치가 충분하지 않아서, 순환에 뛰어들기 거부하는 사람들을 설득할 수는 없음.
• 패러다임 선택에서 최상위 기준은 관련 공동체의 동의.
• 과학 혁명이 어떻게 달성되는지 알려면 자연이나 논리의 영향뿐 아니라 과학자 공동체를 구성하는 특정 집단들의 효과적인 설득적 논증 기술을 조사해야 함.
■ 옛 패러다임을 포기해야만 하는 내재적 이유? [pp. 94-95, 187-189쪽]
- 패러다임 선택의 문제가 왜 논리와 실험만으로 명확하게 결정될 수 없는가?
• 전통적인 패러다임의 옹호자와 혁명적인 후계자를 구분하는 차이점의 본질은?
• 새로운 종류의 현상이나 과학 이론을 받아들이기 위해 옛 패러다임을 포기해야만 하는 내재적 이유가 있는가?
- 옛 패러다임을 포기할 이유가 있다면, 과학 지식의 논리적 구조에서 도출되지 않음.
• 근거(1): 과거 과학적 실행을 파괴하지 않고 새로운 현상이 출현할 수 있음.
• 예) 달에서 생명체가 발견되면 기존 패러다임에 타격을 주지만 우주 어딘가에서 생명체가 발견되는 것은 그렇지 않음.
• 근거(2): 새로운 이론이 예전에 다루지 않은 현상을 다룰 수 있음.
• 예) 양자 이론이 20세기 이전에 알려지지 않은 아원자 현상을 다룸.
• 근거(3): 기존 이론들을 변형 없이 연결하여 높은 수준의 새 이론을 만들 수 있음.
• 예) 에너지 보존 이론은 역학, 화학, 전기학, 광학, 열 이론 등을 연결함.
• 근거(4): 옛 이론과 새 이론의 양립가능한 관계도 가능함.
■ 과학은 누적적이지 않음(역사적) [pp. 95-96, 189-190쪽]
- 과학이 누적적으로 발전했다고 많은 사람들이 믿는 이유
• 과학이 누적적이라는 견해는, 지식이 마음의 원재료 위에 놓인 구조라는 지배적인 인식론적 입장과 밀접함.
• 효과적인 과학 교육이 과학의 발전 사관을 강력하게 지지함.
- 그러나 역사적 사례들은 과학이 누적적이지 않음을 보여줌.
• 전-패러다임(pre-paradigm) 시기 이후, 모든 새로운 이론과 거의 모든 새로운 현상의 동화는 이전 패러다임의 파괴와 경쟁하는 여러 학파들의 갈등을 초래함.
• 예기치 못한 새로움(novelty)의 누적적 획득은 매우 드문 예외.
■ 과학은 누적적이지 않음(원리적) [pp. 96-98, 190-192쪽]
- 새로움의 누적적 획득은 드물 뿐만 아니라 원리적으로도 불가능함.
• 정상 과학의 연구가 누적적인 것은 기존 개념이나 도구로 풀 수 있는 문제를 선택하는 능력 덕분임.
• 과학자는 문제를 풀고자 하는 바에 따라 도구를 고안하고 사고를 이끌어감.
• 새로운 발견은 자연에 대한 예측이나 도구가 틀렸음이 증명되는 만큼만 등장함.
• 그러한 발견의 중요성은 변칙현상들의 정도와 완강함에 비례함.
- 새로운 이론이 발전하는 데는 원리적으로 세 종류의 현상만이 있음.
• 현상(1): 기존 패러다임으로 이미 잘 설명된 현상. 이론 구성의 동기나 출발점을 제공하지 않음.
• 현상(2): 기존 패러다임이 그 본성을 가리키지만 이론을 정교화 해야 구체적인 것을 이해할 수 있는 현상. 새 패러다임을 만들기보다는 기존 패러다임의 정비를 목표로 함.
• 현상(3): 정교화에 실패한, 인식된 변칙현상들. 현상(3)만 새로운 이론을 만들게 함.
- 기존 이론의 본성과 관계된 변칙현상들을 해결하기 위해 새 이론이 요청되었다면, 성공적인 새 이론은 선행 이론에서 도출된 것과 다른 것을 예측해야 함.
• 두 이론이 논리적으로 양립가능하다면 그 차이는 발생하지 않음.
• 이러한 차이 때문에 새 이론은 옛 이론을 대체함.
• 연속적인 과학 이론들의 논리적 포괄성은 역사적으로는 그럴듯하지 않음.
• 예) 에너지 보존 이론은 뉴튼 역학과 칼로릭 이론이 양립불가능하다는 위기에서 등장했고, 칼로릭 이론이 폐기된 다음에야 에너지 보존 이론은 과학의 일부분이 되었고, 과학의 일부분이 된 뒤에야 한 차원 높은 이론이 될 수 있었고, 그때서야 기존 이론과 상충되지 않게 됨.
■ 논리실증주의의 비판 [pp. 98-100, 192-194쪽]
- 논리실증주의는 기존 이론의 범위와 의미를 제한하여 같은 자연 현상을 다루는 후속 이론과 상충되지 않게 함.
- 뉴튼 역학은 아직도 공학자에게 충분히 유용하며 어떤 범위에서는 물리학자들도 이를 사용하므로, 상대론적 역학은 뉴튼 역학이 틀렸음을 보여줄 수 없음.
• 옛 이론 사용의 proprietary는 그 이론을 대체한 새 이론에 의해 증명될 수 있음.
• 아인슈타인의 이론은, 뉴튼 방정식의 예측이 몇몇 한정 조건을 충족하는 모든 응용에서 충분히 정확하다는 것을 보여줌. 뉴튼의 이론은 아인슈타인의 이론의 특수한 사례.
- 어떤 이론도 그 이론의 특수한 사례와 상충하지 않음.
• 뉴튼 이론은 올바른 증거로 지지되는 참인 과학 이론이었고 지금도 그렇다.
• 뉴튼 이론에 대한 과한 주장은 과학의 일부로 포함되지 못했고, 아인슈타인은 그러한 것들이 잘못된 것이라고 밝혔음.
■ 쿤의 반박(1) [pp. 99-101, 194-196쪽]
- 논리실증주의의 논의를 약간 변형하면 유능한 과학자 집단의 이론은 영원히 공격받지 않게 됨.
• 예) 플로지스톤 이론
- 논리실증주의와 같은 방식으로 이론을 구제하려면, 그러한 응용 범위는 이미 다루는 현상이나 관측의 정확도에 한정시켜야 함.
• 과학자들이 아직 관찰하지 않은 현상에 대해 “과학적으로” 말하는 것이 금지됨.
• 현재 형태에서도 그러한 제약은, 과학자가 어떠한 이론과 관련된 과거의 실행이 선례를 남기지 않은 영역이나 정밀도를 다룰 때마다 그 이론에 의존하지 못하게 함.
• 이러한 금지를 받아들이면 과학은 발전하지 못하게 됨.
- 패러다임에 대한 공약(commitment) 없이 정상 과학은 있을 수 없음.
• 공약이 전례 없는 영역과 정확도까지 확장되어야만 하고, 그렇지 않으면 패러다임은 미해결 퍼즐을 제공하지 않음.
• 기존 이론이 과학자들을 기존의 응용에 묶어놓는다면, 어떤 문제가 근본적 변화로 이끌지 과학자 공동체에 말해주는 메커니즘도 작동을 멈추어야 함.
• 그렇게 되면 전-패러다임 시기로 돌아가게 됨.
• 유의미한 과학적 진보의 비용이 틀릴 위험을 감수하는 공약이라는 것은 놀랍지 않음.
■ 쿤의 반박(2) [pp. 101-103, 196-199쪽]
- 더욱 중요한 것은 실증주의의 논증에는 논리적인 결함이 있다는 점.
- 상대론 법칙을 구현하는 일련의 명제 E₁, E₂, ... , Eₙ을 생각해보자.
• 공간적 위치, 시간, 정지 질량 등을 표시하는 변수나 매개변수를 포함하는 진술들.
• 이 진술들로부터 논리적・수학적 도구를 포함하여, 관찰로 점검할 수 있는 진술들이 도출가능함.
• 특수 사례로서 뉴튼 역학의 적합성을 증명하려면, (v/c)²≪1처럼 매개변수와 변수의 범위를 제한하는 조건을 Eᵢ의 추가 명제로 덧붙여야 함.
• 진술들의 확장된 집합이 새로운 집합 N₁, N₂, ... , Nₘ을 산출하도록 조작하면, 이는 뉴튼의 운동 법칙, 중력 법칙 등의 형식과 동일하게 됨.
• 외견상, 뉴튼의 동역학은 한계 조건에 따라 아인슈타인의 역학에서 파생됨.
- 그러나 Nᵢ은 상대론 역학의 특수 사례지만 뉴튼 법칙은 아님.
• 이러한 재해석은 아인슈타인 이론이 나오기 전까지는 뉴튼 법칙이라고 할 수 없음.
• 공간적 위치, 시간, 질량 등을 표상하는 Eᵢ의 변수와 매개변수는 Nᵢ에서도 나옴.
• 그러나 아인슈타인 식 개념의 물리적 지시체는 뉴튼 식 개념의 지시체와 동일하지 않음. Nᵢ의 변수들의 정의를 바꾸지 않는 한, 도출된 진술들은 뉴튼 식 개념이 아님.
• 뉴튼 법칙이 아인슈타인 법칙의 제한된 사례로 보여줄 때, 법칙의 형식만 바뀌는 것이 아니라 우주를 구성하는 근본적인 구조적 요소도 바뀌기 때문.
• 추가적인 대상이나 개념을 도입하지 않는다는 점에서, 뉴튼 역학에서 아인슈타인 역학으로 넘어가는 것은 과학 혁명이 개념 망의 이동임을 명확히 보여줌.
- 과학자들에게 폐기된 과학 이론과 후속 이론의 뚜렷한 차이점은 실제적임.
• 구식 이론이 최신 이론의 특수 사례로 보이려면 목적에 맞게 변형되어야 함.
• 그러한 변형은 최신 이론의 명시적인 도움을 받아야만 가능함.
• 그러한 변형이 옛 이론을 해석하는 적법한 도구라도 이미 알려진 것을 재진술한 것이며, 경제성 때문에 재진술이 효용을 가지지만 연구의 지침으로 충분할 수 없음.
■ 패러다임의 공약불가능성 [pp. 102-103, 198-200쪽]
- 패러다임들의 차이는 필연적이며 양립불가능함.
• 그러한 차이는 어떤 유형의 것인가?
- 차이(1): 우주의 구성요소와 구성요소의 운동에 대한 차이
• 예) 다른 패러다임들은 아원자 입자들의 존재, 빛의 물질성, 열이나 에너지의 보존 등에 관하여 다른 이야기를 함.
- 차이(2): 물질 이상의 것에서 차이
• 패러다임은 자연에 관한 것일 뿐만 아니라 패러다임을 생산한 과학을 지탱하기 때문.
• 패러다임은 일정 기간 동안 성숙한 과학자 집단이 받아들인 방법, 문제 영역, 해결 기준의 원천임.
• 그 결과, 새 패러다임을 받아들이는 일은 해당 과학의 재정의를 필요로 함.
- 과학 혁명에서 출현한 정상 과학은 이전의 정상 과학과 양립 불가능하고 공약불가능함.
■ 사례: 17세기 과학적 실행의 전통에 끼친 뉴튼의 영향 [pp. 103-106, 200-204쪽]
- 뉴튼 이전의 “새로운 과학”은 아리스토텔레스주의의 설명과 스콜라 철학의 설명을 거부하는 데 성공함.
• 바탕 물질의 기본 입자들의 크기, 모양, 위치, 운동으로 색, 맛, 무게 등 모든 감각적 현상을 설명함.
• 기본 입자에 다른 질을 귀속시키는 것은 과학의 경계 밖의 것.
• 17세기의 역학적-입자적 설명은 많은 과학들의 막대한 생산성을 입증하고, 일반적으로 수용하는 해법을 거부한 문제들을 제거하고, 새로운 문제들을 제안함.
- 역학에서 뉴튼의 세 운동 법칙은 새로운 실험의 성과라기보다는 기본적인 중성적 입자의 운동과 상호작용으로 알려진 관측을 재해석하는 시도.
• 역학적-입자적 자연관은 중성적 입자는 접촉에 의해서만 작용한다고 보았기 때문에, 과학적 관심을 충돌에 의한 입자 운동에 향하도록 함.
• 데카르트는 이 문제를 선언하고 풀이를 제안함. 하위헌스, 렌, 윌리스는 이를 확장함.
• 뉴튼은 그들의 결과를 자신의 운동 법칙에 내재화함.
• 뉴튼의 제3법칙(작용-반작용의 법칙)은 두 물체가 충돌할 때의 운동량 변화의 문제이고, 운동의 변화는 제2법칙(가속도의 법칙)에 내재하는 역학적 힘의 정의를 제공.
- 뉴튼의 작업의 많은 부분이 역학적-입자적 세계관으로부터 유도되고 구체화된 표준과 문제를 향했으나, 그 작업의 결과인 패러다임은 과학에 적법한 문제와 표준에 파괴적.
• 중력을 모든 입자쌍 사이의 내재적 인력이라고 해석한 것은 스콜라 학파의 “낙하의 경향” 같은 신비한 성질.
• 유일한 대안은 뉴튼 이론을 거부하는 것이었으나 그러한 거부는 실패함.
• 『프린키피아』 없이 연구할 수 없고 17세기 입자적 기준에 맞추어 연구할 수도 없는 상황에서, 과학자들은 중력을 본유적인 것으로 받아들임. 18세기 중엽에는 그러한 해석을 보편적으로 받아들임.
• 스콜라 철학의 규범처럼, 물질의 내재하는 인력과 척력은 크기, 형태, 위치, 운동과 함께 물질의 1차적 기본 성질이 됨.
- 그 결과 물리 과학의 기준과 문제 영역에 변화가 일어남.
• 전기적 현상은 역학적 전기소(mechanical effluvium)의 영향으로 설명될 때와 다르게 보임. 원거리 전기 작용은 정당한 연구 주제가 되었고, 유도에 의한 하전(charging by induction)은 그 효과의 하나로 인정받음.
• 유도 현상에 대한 새로운 견해는 전기에 대한 새로운 뉴튼 식 패러다임의 출현으로 나타남.
- 18세기의 화학적 친화력이나 치환 계열에 대한 문헌도 뉴튼주의의 초역학적 측면에서 생김.
• 여러 화학 물질 사이에 다른 인력이 있다고 믿은 화학자들은 새로운 실험을 시작함. 이는 라부아지에의 초기 연구나 돌턴의 연구로 이어짐.
■ 패러다임 사이의 비-본질적 차이를 보이는 사례들 [pp. 107-108, 204-205쪽]
- 패러다임 사이의 비-본질적인 차이는 거의 대부분의 과학사에서 나타남.
예(1): 화학 혁명 이전의 화학에서 일반적인 연구 중 하나는 화학 물질의 성질과 그 성질이 화학 반응에서 어떻게 변화하는지 설명하는 것. 그러나 라부아지에의 개혁은 화학적인 ‘원리’를 없애고 화학에서 설명하는 능력을 박탈했음.
예(2): 맥스웰은 빛의 파동이 에테르 물질을 통해 전파된다고 확신했으나 맥스웰의 빛의 전자설은 빛의 파장을 지지할 수 있는 매체를 설명하지 못했음.
그러나 뉴튼 이론처럼 맥스웰 이론을 대체할 수 있는 이론을 만들기 어려웠고 맥스웰 이론이 패러다임의 지위를 획득함에 따라 과학자들의 태도도 달라졌음.
20세기 초에는 에테르적 매체를 고안하는 시도를 포기했고, 무엇의 위치가 변하는지 밝히지 않은 채로 전기적 “변위”를 논하게 됨.
■ 과학의 문제나 기준은 누적적으로 발전하지 않음 [pp. 108-109, 205-207쪽]
- 과학의 문제나 기준이 누적적으로 발전하는 것은 이론이 누적되는 것보다 더욱 일어나기 어려움.
- 18세기 과학자들은 중력을 설명하려는 시도를 포기하고 오히려 많은 성과를 거둠.
내재된 힘을 정당화하는 기준의 성공 여부와 상관없이 새로운 패러다임을 채택했기 때문에 변화가 발생했음.
- 이러한 변화는 다시 역전되기도 함.
20세기 아인슈타인은 중력적 인력을 설명하는 데 성공했고 그 설명은 뉴튼의 후계자보다 선배에 가까운 기준과 문제로 복귀시킴.
- 양자 역학의 발전은 화학 혁명에 근거한 방법상의 금기를 역전시킴.
- 전자기 이론에서도 이는 실행됨.
현대 물리학의 공간은 뉴튼이나 맥스웰 이론에서 쓰이는 비활성이며 균질한 층이 아님.
새로운 성질의 어떤 물질은 한때 에테르에 부여했던 것과 비슷함.
- 패러다임의 인식론적 기능에서 기준으로의 기능으로 초점을 옮기면, 패러다임이 과학자의 생활에 어떤 형식을 부여하는지 이해할 수 있음.
과학자는 패러다임을 배움으로써 이론, 방법, 기준을 혼합한 형태로 얻음. 그러므로 패러다임이 변하면 문제와 해답의 적법성을 결정하는 기준에 중요한 변화가 생김.
■ 결론 [pp.109-110, 207-208쪽]
- 정상 과학의 기준으로 풀지 못하는 문제를 만드는 이유는 대립하는 패러다임 사이의 선택으로 설명할 수 있음.
- 무엇이 문제이고 무엇이 해답인지에 대해 두 학파의 의견이 일치하지 않는 한, 그들은 각기 패러다임의 장점을 비교할 것이고, 그 결과 부분 순환적인 논의가 됨.
- 패러다임 사이의 논쟁은 논리적으로 불완전함.
패러다임은 모든 문제를 해결하지 못하며 패러다임 사이의 논쟁은 어떤 문제를 해결하는 것이 더 중요한가에 대한 문제를 포함함.
- 기준 선택의 문제와 마찬가지로 가치 판단을 포함한 문제는 정상 과학의 바깥에 있는 기준에 의해서만 대답할 수 있는 것이며, 패러다임 사이의 논쟁에서 혁명이 일어나는 것은 그 밖의 어떤 기준에 근거하기 때문임.
- 다음 장에서 논의할 주제: 패러다임이 자연의 구성 요소라는 의미를 보이는 것.
(2023.12.03.)
