B0-2과학철학 기초 · 반증, 패러다임, 연구 프로그램

문제 상황

한 이론을 두고 "그것은 과학인가"라고 물을 때 우리는 사실 서로 다른 세 질문을 섞어 던지고 있다. 첫째, 이 이론은 틀릴 수 있는 방식을 가지고 있는가. 둘째, 이 이론을 다루는 공동체는 무엇을 당연하게 여기고 무엇을 아직 풀리지 않은 문제로 세는가. 셋째, 이 이론을 중심으로 한 연구의 흐름은 새로운 사실을 예측하며 뻗어 나가는가, 아니면 반례를 막는 데만 힘을 쓰는가.

통일장이론은 이 세 질문이 서로 다른 답을 내놓는 전형적인 사례다. 대통일 에너지 척도는 $10^{16}$ GeV 근처로 추정되고, 이는 현재 가속기가 닿는 에너지보다 열세 자릿수쯤 높다. 그 척도의 물리를 직접 재는 실험은 없다. 그런데도 양성자 수명의 하한은 실제로 측정되고 있고, 그 측정값이 구체적인 모형을 하나씩 지워 왔다 [1]. 같은 이론이 첫째 질문에서는 "직접 검증이 불가능하다"는 판정을 받고, 동시에 "이미 일부가 반증되었다"는 판정을 받는다.

이 어긋남은 이론의 문제가 아니라 질문의 문제다. 세 질문은 서로 다른 평가 모형에서 나오며, 어느 모형을 쓰는지 밝히지 않은 채 "과학인가"를 묻는 것은 범주 오류에 가깝다. 이 단원의 목표는 세 모형의 이름을 외우는 것이 아니라, 하나의 이론을 세 모형으로 각각 한 번씩 평가해 보고 결과가 갈리는 지점을 지목하는 것이다.

원전 발췌

어떤 상상 가능한 사건으로도 반박되지 않는 이론은 과학적이지 않다. 반박 불가능성은 흔히 생각하듯 이론의 미덕이 아니라 악덕이다.

영어

A theory which is not refutable by any conceivable event is non-scientific. Irrefutability is not a virtue of a theory (as people often think) but a vice.

포퍼의 이 문장은 검증이 아니라 금지에 무게를 둔다 [2]. 이론이 말해 주는 것은 무엇이 일어나는가가 아니라 무엇이 일어나지 않는가라는 것이다.

정상 과학, 곧 대부분의 과학자가 거의 모든 시간을 쏟는 활동은 과학자 공동체가 세계가 어떠한지를 이미 안다는 가정 위에 서 있다.

영어

Normal science, the activity in which most scientists inevitably spend almost all their time, is predicated on the assumption that the scientific community knows what the world is like.

쿤은 실제 연구의 대부분이 이론을 시험하는 일이 아니라 이미 받아들인 틀 안에서 퍼즐을 푸는 일이라고 본다 [3]. 이 서술이 옳다면 반증은 일상적 사건이 아니라 예외적 사건이다.

평가의 기본 단위는 고립된 이론이나 이론들의 묶음이 아니라 연구 프로그램이어야 한다.

영어

The basic unit of appraisal must be not an isolated theory or conjunction of theories but rather a research programme.

논증 재구성

포퍼의 논증.

1. 경험적 내용을 가진 문장은 가능한 관찰 결과들 가운데 어떤 것을 금지한다.
2. 아무것도 금지하지 않는 문장은 세계가 어떠한지에 대해 아무 정보도 주지 않는다.
3. 어떤 사건으로도 반박될 수 없는 이론은 아무것도 금지하지 않는다.
4. 따라서 반박 불가능성은 이론의 강점이 아니라 경험적 내용이 비어 있다는 표시다.
5. 그러므로 과학과 비과학을 가르는 기준은 확증의 양이 아니라 반증 가능성이다.

쿤의 반대 논증.

1. 관측은 이론에 물들어 있어, 무엇을 반례로 셀지는 이미 받아들인 틀이 정한다.
2. 실제 연구사에서 반례는 이론을 버리는 계기가 아니라 풀어야 할 퍼즐로 분류되는 경우가 훨씬 많다.
3. 틀이 바뀌는 것은 반례가 쌓여서가 아니라, 반례를 더 잘 다루는 다른 틀이 나타났을 때다.
4. 따라서 반증은 과학의 일상적 논리가 아니라 위기 국면에 국한된 현상이다.

라카토슈의 종합.

1. 어떤 이론도 홀로 관측과 마주하지 않는다. 보조 가설과 초기 조건, 측정 이론이 함께 쓰인다.
2. 그러므로 예측이 어긋났을 때 무엇을 버릴지는 논리만으로 정해지지 않는다.
3. 평가의 단위는 낱개 이론이 아니라, 건드리지 않기로 한 견고한 핵과 수정이 허용되는 보호대로 이루어진 연구 프로그램이다.
4. 보호대를 고친 결과가 이전에 알려지지 않은 사실을 예측하고 그중 일부가 실제로 확인되면 그 프로그램은 전진적이다.
5. 수정이 이미 알려진 반례를 흡수하는 일만 하면 그 프로그램은 퇴행적이다.
6. 그러므로 과학성은 한 시점에 이론이 가진 성질이 아니라, 시간에 걸친 프로그램의 방향이다.

세 논증은 서로를 반박하는 관계가 아니다. 포퍼는 이론이 무엇을 금지하는지를 묻고, 쿤은 공동체가 무엇을 문제로 세는지를 묻고, 라카토슈는 수정의 이력이 어느 쪽을 향하는지를 묻는다. 물음이 다르므로 답이 갈리는 것은 결함이 아니다.

반론과 재반론

반론 1. 라카토슈의 기준은 사후적이다. 전진인지 퇴행인지는 수십 년이 지나야 판정되므로, 지금 진행 중인 연구에 대해서는 아무 지침도 주지 못한다.

재반론. 지적 자체는 옳다. 다만 기준의 쓸모가 실시간 판정에만 있는 것은 아니다. 프로그램을 수행하는 쪽에 "이번 수정이 무엇을 새로 예측하는가"라는 물음을 강제하는 것만으로도 기준은 작동한다. 대답이 "아무것도 새로 예측하지 않고 다만 어긋난 결과를 허용한다"라면, 판정을 기다릴 필요 없이 그 수정이 퇴행적이라는 것을 그 자리에서 알 수 있다.

반론 2. 쿤의 서술은 결국 상대주의로 간다. 패러다임 사이에 공통의 척도가 없다면 이론 선택은 설득과 개종의 문제가 된다.

재반론. 쿤 자신은 정확성, 일관성, 넓은 적용 범위, 단순성, 다산성을 공유된 평가 가치로 열거한다. 이 가치들이 매번 같은 결론을 주지 않는다는 것과 아무 척도도 없다는 것은 다르다. 강한 독법은 쿤을 상대주의자로 만들지만, 약한 독법으로도 반증주의에 대한 그의 기술적 비판은 그대로 남는다. 논증의 힘을 유지하려면 약한 독법을 택하는 편이 낫다.

반론 3. 반증주의는 실제 물리학이 하는 일을 기술하지 못한다. 기술적으로 틀린 모형은 버려야 한다.

재반론. 기술과 규범을 구별해야 한다. 포퍼의 기준은 "과학자들이 이렇게 한다"는 보고가 아니라 "자기 이론을 진지하게 다루려면 이렇게 물어야 한다"는 요구다. 특히 자기 가설을 평가할 때 이 요구는 남을 평가할 때보다 훨씬 유용하다. 이 사이트의 트랙 C 가 모든 주장에 검증 경로나 그 부재를 명시하도록 하는 것은 이 규범적 독법을 따른 것이다.

물리학과의 접점

이 절은 접점을 표시할 뿐이며, 물리학의 결과를 형이상학적 결론의 전제로 쓰지 않는다.

• 트랙 A 의 결합상수 러닝은 세 게이지 결합이 높은 에너지에서 한 점으로 모이는지를 계산하는 문제다. 이 계산은 라카토슈적 의미의 "새로운 사실 예측"이 어떤 모양인지 보여 주는 사례로만 여기서 쓰인다.
• 트랙 A 의 양성자 붕괴 탐색은 포퍼적 금지의 사례다. 특정 대통일 모형은 수명의 상한을 금지하고, 실험은 그 금지를 시험한다 [1].
• 통일이 좋은 것인가라는 물음은 물리학의 성과로 답해지지 않는다. 통일이 설명의 미덕인지 아니면 계산의 편의인지는 과학철학의 물음이며, 트랙 C 에서 별도의 논증을 거쳐야 한다.

연습문제

더 읽기

• [2] 1장은 반증 기준의 가장 읽기 쉬운 진술이다. 정신분석과 마르크스주의를 예로 든 대목이 특히 유명하지만, 물리학에 적용할 때는 예의 강도를 그대로 옮기지 않는 편이 낫다.
• [3] 는 2장에서 정상 과학을, 5장 이후에서 위기와 혁명을 다룬다. 본문을 읽기 전 후기에 실린 해명을 먼저 보면 상대주의 독법을 피하기 쉽다.
• [4] 3절이 견고한 핵과 보호대의 구분, 전진적·퇴행적 문제 이동의 정의를 담고 있다.

참고문헌

1. Takenaka, A. et al. (2020). Search for proton decay via $p \to e^+ \pi^0$ and $p \to \mu^+ \pi^0$ with an enlarged fiducial volume in Super-Kamiokande I-IV. Physical Review D 102, 112011. doi:10.1103/PhysRevD.102.112011 · arXiv:2010.16098
2. Popper, K. (1963). Conjectures and Refutations: The Growth of Scientific Knowledge. Routledge.
3. Kuhn, T. S. (1962). The Structure of Scientific Revolutions. University of Chicago Press.
4. Lakatos, I. (1970). Falsification and the Methodology of Scientific Research Programmes. Criticism and the Growth of Knowledge, Cambridge University Press.