무지개를 설명하는 물리학자들의 과학적 접근 방법

무지개가 어떻게 만들어지는지에 대한 설명을 찾기 위해서 당신이라면 무엇부터 하겠는가?

 

마음 속에 그 질문을 간직한 채 자전거를 타고 집으로 돌아오면 당신은 아마 백과사전이나 물리학 교과서를 들춰 색인에서 "무지개"를 찾아 거기에 있는 설명을 읽어볼 것이다. 그러나 과학자도 그럴까?

거기에 대한 대답은 긍정적이기도 하고 부정적이기도 하다. 만일 설명을 잘 할 수가 없는 경 우라면 많은 과학자들도 당신처럼 책을 찾아볼 것이다. 

 

이 경우 우리는 그 책을 쓴 저자의 권위나 저자가 소개하는 설명을 제안한 과학자들의 권위에 의존한다. 이렇게 권위에 의존하는 것이 지식을 습득하는 한 방법이긴 하지만 당신의 설명이 정당한가는 당신이 참고하는 권위에 달려 있게 된다. 당신은 누군가가 이미 당신과 같은 의문을 이미 가졌었으며 거기에 대한 설명과 그 것의 검증을 위한 연구를 했으리라고 희망할 뿐이다.

 

300년 전으로 돌아가서 같은 방법으로 접근한다면 어땠을까?

 

어떤 책에서 무지개는 천사의 그림이라고 말할 것이다. 다른 책에서는 요정과 금항아리에 관한 전설을 이야기할 것이다. 또 다른 책에서는 결론을 내리는 데 있어서는 유보적일 것이다. 빛의 성질과 빛과 빗방울의 상호작용 을 이야기할 것이지만, 이런 모든 책들이 그 당시에는 나름대로의 권위를 갖고 있는 것이었을지 도 모른다. 그렇다면 어떤 책을 따르고, 어떤 설명을 받아들여야 할 것인가?

 

 

 

당신이 만일 유능한 과학자라면 우선 빛에 대한 다른 과학자들의 의견을 읽을 것이고, 다음으로 무지개와 관련된 당신 자신의 관찰에 근거하여 그 의견들을 검증하려 할 것이다.

 

무지개가 나타나는 조건, 당신과 무지개와 태양의 상대적 위치, 비가 내리는 위치 등을 당신은 주목하게 될 것이다. 무지개 색의 순서는 무엇인가? 다른 현상에서도 그런 순서를 본 적이 있는가? 그렇다면 당신은 빛에 대한 현재의 견해들과 빛이 빗방울을 통과할 때 일어나는 현상에 대한 당신 자신의 추측을 사용하여 무지개에 대한 설명이나 가설을 창안하려 할 것이다. 그 가설을 검증하 기 위하여 당신은 물방울이나 유리구슬을 사용하는 실험을 고안할 수도 있을 것이다.

당신의 설명이 관찰과 실험결과에 부합하는 것이라면 당신은 그것을 학술논문으로 보고하거나 과학자들에게 발표할 수 있다. 그들은 당신의 설명을 비판하거나 부분적으로 수정할 것을 제의 할 것이며, 당신의 주장을 확인하거나 반박하기 위하여 그들 자신이 직접 실험을 해보기도 할 것이다.

 

다른 과학자들이 당신의 결과를 확인하면 당신의 설명은 지지를 얻게 되고, 궁극적으로 빛을 포함한 현상들에 대한 보다 포괄적인 이론의 한 부분이 될 것이다. 당신과 다른 사람들이 하는 실험들은 또 새로운 현상의 발견으로 연결될 수도 있고 이것들은 한층 더 세련된 설명이나 이론을 요구하게 될 것이다

위에서 기술한 과정에서 가장 중요한 것들은 무엇인가? 

 

가장 중요한 것은 신중한 관찰의 중요성이다.

달리 말하면 검증가능성이란 개념이다. 받아들여질 수 있는 과학적인 설명은 그것이 예측하는 것을 관찰이나 실험을 통하여 검증할 수 있는 방법도 제안하는 것이라야 한다. 무지개가 천사들 의 그림이라고 말하는 것은 시적일 수는 있지만 인간이 검증할 수 있는 것은 확실히 아니다.

 

따라서, 그것은 과학적인 설명이 아니다. 위의 과정에서 또 다른 중요한 부분은 사회적인 면이다.

 

즉 당신의 이론과 실험결과들에 대해서 다른 사람들과 대화하는 부분이다. 동료들에게 당신의 착상을 비평받는 것은 과학의 발전 에 있어 매우 중요하다. 대화는 당신이 실험을 수행하고 그 결과를 해석할 때 신중 을 기할 수 있도록 하는 데에도 중요하다.

당신의 일에 있어서 중대한 착오나 누락된 부분에 대한 통렬한 비평은 미래의 좀더 주의깊은 연구를 위한 강한 동기가 된다.

혼자서 일하는 사람은 가능한 파생적 효과 나, 대체할 수 있는 다른 설명들, 혹은 자 신의 논리나 이론에 있을 수도 있는 실수 들을 모두 다 생각할 수는 없다. 과학의 폭 발적인 성장은 협동과 대화에 의존한 바가 크다.

 

과학적 방법이란 무엇인가?

주의깊은 관찰은 언제, 또 어디에서 무지개가 생기는지에 대한 경험적 법칙들을 낳을 수 있다. 경험적 법칙이란 실험이나 관찰 결과들을 일반화한 것이다.

 

경험적 법칙의 한 예는 우리가 항상 태양을 등지고 무지개를 본다는 것이다. 

 

이 법칙과 부합하는 우리의 가설을 전개하기 위한 중요한 단서가 된다. 그 사설은 다시 인공적으로 무지개를 만드는 방법들을 제안하여, 우리가 그 가설을 실험적으로 검증하고, 궁극적으로 보다 포괄적인 이론을 얻을 수 있게 한다.

 

과학적 방법을 이렇게 기술하는 것은 대화라는 중요한 과정을 무시한 것이기는 하지만 그다지 틀린 것은 아니다. 모든 과학자들이 이 단계들이 제안하는 과정들을 순서대로 거치는 것은 아니다.

 

대부분의 실험과 관찰은 가설이나 기존의 이론을 검증하기 위해 수행된다. 과학적 방법이 여기서는 단계적인 과정인 것처럼 기술되고 있지만 실제로는 다른 단계들이 동시에 진행되기도 하고 몇 개의 단계들을 오가며 많은 작은 순환과정을 거치기도 한다.

 

과학적 방법은 착상들을 검증하고 세련되게 하는 방법이다.

 

실험적 검증이나 일관된 관찰들이 가능할 때만 과학적 방법이 적용된다는 것에 주목하라. 검증은 비생산적인 가설들을 제거하는 데 있어결정적이다. 검증이 없다면 서로 대치하는 이론들이 영원히 경쟁하게 될 것이다.

 

예를 들면, 어떤 역사가들의 이론의 진위를 가리기 위해 역사를 반복할 수는 없다.

 

어떤 역사적인 상황도 정확히 재현될 수가 없기 때문이다. 같은 이유로 믿음과 권위를 바탕으로 하고 있는 종교도 과학적 검증의 대상이 될 수 없다.