[ Rudolf Carnap (1966), Philosophical Foundations of Physics: An Introduction to the Philosophy of Science (Basic Books), pp. 225-231.
루돌프 카르납 (1993), 『과학 철학 입문』, 윤용택 옮김, 서울: 서광사. ]
■ 과학 법칙에 대한 두 가지 구분 [pp. 225-226, 291-293쪽]
- 과학의 법칙은 경험적 법칙과 이론적 법칙으로 구분할 수 있음.
- 경험적 법칙은 경험적 관찰에 의해서 직접 입증될 수 있는 법칙.
• “관찰할 수 있는”이라는 용어는 직접적으로 관찰될 수 있는 현상들에 쓰임.
• 경험적 법칙은 관찰할 수 있는 것들에 관한 법칙
- 철학자들과 과학자들은 “관찰가능한”(observable)이라는 용어와 “관찰불가능한”(nonobservable)이라는 용어를 서로 다른 방식으로 사용함.
- 철학자는 “관찰가능한”이라는 말을 좁은 의미로 사용함
• 감각에 의해서 직접 지각될 수 있는 속성들
• 예) 파란, 단단한, 뜨거운 등
- 과학자는 그 말을 상당히 넓은 의미로 사용함.
• 매우 간단한 방식으로 측정될 수 있는 물리량까지 포함
• 예) 온도, 길이, 시간, 진동 등
- 물리학자들의 사용에 관한 가능한 비판: 실제로 관찰되는 것은 전류의 세기가 아니라 전류계 바늘의 위치다.
• 가능한 반박: 그것은 사실이지만 그러한 추론은 복잡하지 않으며 측정 절차는 매우 간단하고 잘 입증된 것이어서 전류계의 세기는 관찰될 수 있는 것에 포함된다.
- 카르납: 직접 관찰부터 간접 관찰은 연속된 것임. 철학자든 물리학자든 관찰할 수 있는 것과 관찰할 수 없는 것을 분리하는 선은 지극히 임의적임.
■ 카르납의 정의(1): 경험적 법칙 [pp. 226-227, 293쪽]
- 경험적 법칙: 감각에 의해서 직접 관찰할 수 있거나 비교적 간단한 기술로 측정될 수 있는 용어들이 들어 있는 법칙
• 관찰과 측정에 의해 발견된 결과들을 통해서 얻었다는 의미로 경험적 일반화라고 함.
• 예) “모든 까마귀는 검다”, 간단한 측정의 결과로 생긴 정량법칙, 옴(Ohm)의 법칙 등
- 과학자는 측정을 여러 번 반복하여 어떤 특정한 규칙들을 발견하고, 그것을 하나의 법칙으로 표현함.
■ 카르납의 정의(2): 이론적 법칙 [p. 227, 293-294쪽]
- 이론적 법칙의 명칭
• 카르납이 이론적 법칙이라고 부른 법칙에 대하여 공통으로 받아들이는 용어는 없음.
• 추상적 법칙 또는 가설적 법칙이라 불리기도 함.
- “가설적”이라는 말이 부적절할 수도 있는 이유
• “가설적”이라는 말은 두 종류의 법칙들 사이의 구분이 그 법칙을 입증하는 정도에 근거한다는 것을 암시함.
• 어떤 경험적 법칙이 낮은 정도로만 입증되는 잠정적인 가설이라면, 그 법칙은 가설적이기는 하지만 여전히 경험적인 것.
- 이론적 법칙은 입증 정도가 아니라 경험적 법칙이 포함하는 용어와 다른 종류의 용어를 포함하고 있다는 점에서 경험적 법칙과 구분되어야 함.
• 물리학에서 이론적 법칙의 용어들은 관찰할 수 있는 것을 언급하지는 않음.
예) 분자, 원자, 전자, 양성자, 전자기장 등 간단하고 직접적인 방식으로 관찰될 수 없는 것들과 관련된 법칙들.
■ 거시/미시 구분과 관찰가능/불가능 구분 [pp. 227-228, 294쪽]
- 가끔 물리학자들은 관찰할 수 있는 것과 관찰할 수 없는 것 사이를 간단한 기구로 측정할 있느냐 없느냐로 판단함.
• 거시 사건: 어떤 물리량이 공간적 거리이나 시간적 간격이 충분히 크더라도 동일하게 남아 있다면, 그 물리량을 측정하는 데 기구를 사용할 수 있는 경우
• 미시 사건: 그 물리량이 공간과 시간적으로 지극히 짧은 간격에서도 변하기 때문에 간단한 기구로는 측정될 수 없을 경우
• 미시 과정: 극도로 작은 공간과 시간 간격을 포함하는 과정
• 예) 가시 광선의 전자기파의 진동. 그 진동의 세기가 어떻게 변하는지는 어떤 도구로도 직접 관찰할 수 없음.
- “거시”와 “미시”라는 개념이 “관찰가능한”과 “관찰불가능한”이라는 개념과 대등한 의미로 쓰이기도 하지만, 그것은 정확히 똑같지 않은 것이 아니라 대략적으로 똑같은 것.
• 이론적 법칙들은 관찰할 수 없는 것들을 다루고 그 중 대부분은 미시 과정들.
• 카르납은 “이론적 법칙”이라는 용어를, 그것이 미시냐 거시냐에 상관없이 관찰할 수 없는 것을 포함하는 법칙이라는 의미로 사용함.
■ [pp. 228-229, 294-296쪽]
- “관찰가능한” 것과 “관찰불가능한” 것은 연속선상에 있어서 두 개념을 딱 부러지게 정의할 수는 없지만, 현실적으로 그 차이가 매우 크기 때문에 논쟁이 일어나는 경우는 거의 없음.
• 예) 물리학자들은 기체의 압력, 부피, 온도 등과 관련된 법칙은 경험적 법칙이며, 개별적인 분자들의 운동에 관한 법칙은 이론적인 법칙이라는 데 동의함.
- 이론적 법칙들은 경험적 법칙보다 더 일반적이지만, 단순히 경험적 법칙들을 더 일반화 시킨다고 이론적 법칙을 얻을 수 있는 것은 아님.
- 경험적 법칙의 예
• 쇠막대 하나를 가열하여 팽창함을 관찰함 → 여러 번 반복하여 똑같은 결과 → 이 쇠막대는 가열하면 팽창한다는 경험적 법칙 → 쇠로 된 다른 대상들에 대한 실험 → 쇠로 된 모든 물체는 가열될 때마다 팽창한다는 일반적 법칙 → 모든 금속, 모든 고체에 대한 더 일반적 법칙
• 뒤의 것은 앞의 것보다 약간 더 일반적인 일반화지만 모두 경험적 법칙들.
• 이러한 법칙들이 다루는 대상은 관찰할 수 있는 것이고, 온도와 길이가 증가하는 것은 간단하고 직접적인 기술에 의해서 측정될 수 있기 때문.
- 이론적 법칙의 예: 쇠막대 속의 분자들의 운동에 대해서 언급하는 법칙
• 앞에서 사용한 개념들과 근본적으로 다른 개념들이 포함된 원자 이론을 도입해야 함.
■ 이론적 법칙과 경험적 법칙의 관계 [p. 229, 296쪽]
- 이론적 법칙과 경험적 법칙의 관계는 경험적 법칙들과 단일 사실들과의 관계와 유사함.
• 경험적 법칙은 이미 관찰한 사실을 설명하고 아직 관찰되지 않은 사실을 예측하도록 도와줌.
• 이론적 법칙은 이미 구성된 경험적 법칙을 설명하고 새로운 경험적 법칙을 유도하도록 도와줌.
• 개별적이고 분리된 사실들이 경험적 법칙으로 일반화되었을 때 하나의 질서화된 패턴에 부합되는 것처럼, 개별적이고 분리된 경험적 법칙들은 이론적 법칙의 질서화된 패턴에 잘 부합됨.
- 이론적 법칙을 정당화하는 지식은 어떻게 얻을 수 있는가?
• 경험적 법칙은 단일한 사실들을 관찰하여 정당화될 수 있음.
• 그러나 이론적 법칙에서 언급되는 대상들은 관찰할 수 없는 것들이라서 이론적 법칙을 정당화하기 위해서는 그와 비교되는 관찰이 이루어질 수 없음.
■ 사실과 법칙의 구분 [pp. 229-230, 296-297쪽]
- 사실(fact)이라는 말의 용법에 신중을 기할 필요가 있다.
• 많은 물리학자들은 구리의 비열이 .090이라는 것을 “사실”이라고 언급함.
• 카르납은 이것이 사실이 아니라 법칙이라고 함.
- 카르납은 “사실”이라는 단어를 시공간적으로 구체화 될 수 있는 특수하고 구체적인 사실들에 제한하여 사용함.
• 예) 일반적인 열팽창의 경우 (X)
• 예) 오늘 아침 10시에 쇠막대를 가열했을 때 관찰했던 이 쇠막대가 팽창한 경우 (O)
- “사실”이란 단어를 애매한 방식으로 사용한다면, 경험적 법칙과 이론적 법칙이 설명하는 방식의 중요한 차이점이 매우 모호해 질 것임.
■ 법칙들의 발견과 입증 [pp. 230-231, 297-298쪽]
- 이론적 법칙들은 어떻게 발견될 수 있는가?
• 자료를 더욱 더 많이 수집하여, 경험적 법칙을 넘어서서 이론적 법칙에 도달할 때까지 일반화하는 방법으로 이론적 법칙을 발견할 수 없음.
• “분자”라는 용어는 관찰을 통해서 생겨나지 않음.
• 관찰로부터 무한히 많은 일반화를 해도 분자적 과정들에 대한 이론을 만들 수 없음.
- 이론적 법칙은 어떻게 입증되는가?
• 이론적 법칙들은 사실들의 일반화로 진술되지 않고 가설로 진술됨.
• 이러한 가설들은 경험적 법칙들을 시험하는 방식과 유사한 방법으로 시험됨.
• 가설로부터 특정한 경험적 법칙들이 파생되고, 경험적 법칙들은 사실들을 관찰함으로써 시험됨.
• 파생된 경험적 법칙들에 대한 입증은 이론적 법칙에 대한 간접적인 입증이 됨.
- 이론에서 파생되는 경험적 법칙들이 많을수록, 그러한 법칙들이 다양할수록, 그러한 법칙들 간 관련성이 적을수록, 그것들을 설명하는 이론은 더 설득력이 있게 됨.
- 이론은 새로운 시험들에 의하여 입증될 수 있는 새로운 경험적 법칙들을 유도할 수도 있음.
• 이론은 새로운 경험적 법칙들을 예측할 수 있게 함.
• 예측은 가설적인 방식으로 이해됨. 그 이론이 성립한다면, 특정한 경험적 법칙들도 성립할 것임.
• 예측된 경험적 법칙은 관찰할 수 있는 것들의 관계를 다룸. 경험적 법칙이 성립하는지 여부는 실험을 통해서 알 수 있음.
• 경험적 법칙이 입증된다면, 그것은 그 이론에 대한 간접적 입증을 해주는 셈이 됨.
- 이론적 법칙이나 경험적 법칙에 대한 입증은 부분적 확증일 뿐 완전하지도 않고 절대적이지도 않음.
• 경험적 법칙들인 경우에는 조금 더 직접적인 입증이 됨.
• 이론적 법칙에 대한 입증은 더 간접적임. 이론적 법칙에 대한 입증은 그 이론에서 파생된 경험적 법칙들에 대한 입증을 통해서 간접적으로만 이루어지기 때문임.
■ [p. 231, 298-299쪽]
- 새로운 이론의 궁극적인 가치는 새로운 경험적 법칙을 예측하는 힘에 있음.
• 새로운 이론이 이미 알려진 법칙들을 설명하는 것은 부차적인 가치.
• 새로운 이론 체계가 아무런 새로운 법칙을 유도할 수 없다면 그것은 이미 알려진 모든 경험적 법칙들의 집합과 논리적 동치일 뿐임.
- 물리학에서 커다란 진보를 가져왔던 새로운 이론들은 새로운 경험적 법칙들을 유도해낼 수 있었던 이론들임.
• 아인슈타인의 상대성 이론은 수성의 근일점 운동과 광선이 태양 근처에서 휘는 현상 등을 설명하는 새로운 경험적 법칙을 이끌어냄.
• 이러한 예측은 오래된 법칙을 새롭게 표현하는 방식 이상의 것임.
• 상대성 이론에서 파생될 수 있는 결과들은 이전 이론에서 파생될 수 없었던 것들임.
- 일반적으로 좋은 이론은 정밀하면서 이미 알려진 법칙들을 하나로 통일하기도 하며, 이미 알려진 법칙들을 모두 모아 놓은 것보다 더 간단하기도 함.
- 그러나 그 이론이 얼마나 커다란 가치를 지니느냐는 경험적 수단을 통해서 입증될 수 있는 새로운 법칙들을 제안하는 힘이 얼마나 크냐에 달려 있음.
(2018.11.08.)
