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[비센의 재미있는 과학 이야기] 불변의 진리였던 플로지스톤-진리가 아니었던 진리

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작성자 석준영 작성일17-07-26 11:09 조회44회 댓글0건

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제가 대학에서 공부하던 시절에 저희 학과에는 조금은 이상한 방문객이 계셨습니다. 중년의 여성분이셨는데, 각 교수님 방을 돌아다니시면서, 본인이 엄청난 발견을 했는데 변변한 학위가 없어서 논문 발표를 할 수가 없으니 공동저자로 함께 논문 발표를 도와주실 교수님을 찾는다고 하셨습니다. 그분이 발견하셨다고 주장하시는 이론은 ‘삼각형 내각의 합이 180도가 아니다' 였습니다. 삼각형 내각의 합이 180도라는 것은 초등학교에서 배우는 기초적인 수학적 정의이니, 이를 듣는 모두가 그 분을 무엇인가 사연이 있어서 정신이 조금 혼미해지신 안타까운 분이라고 생각했습니다. 

 

하지만, 과연 우리가 진리라고 굳게 믿고 있는 모든 것들이 진정한 불변의 진리일까요?

 

지구를 중심으로 모든 우주가 돌고 있다고 믿고 있던 시절에 사실은 태양 주위를 지구가 돌고 있는 것이라고 외친 갈릴레오 갈릴레이와 니콜라우스 코페르니쿠스에 관한 이야기는 이미 잘 알려진 이야기라 많이 알고 계실 것입니다. 지금은 그런가보다라고 생각하지만, 당시를 상상해보면 그들은 아마도 저희 학교를 돌아다니시던 그 여성분과 비슷한 취급을 받았을 수도 있을 것입니다. 조금 바꿔서 생각해 보면, 지금 우리가 완벽한 진리라고 믿고 있는 사실 중에도 하늘이 지구 주변을 돈다는 천동설과 같이 실제와 다른 것이 있을 수도 있을 것입니다. 그리고, 이런 일들은 지난 과학사에 적지 않게 일어나왔습니다. 

 

무엇인가가 탄다는 것, 즉 화학적 연소 반응을 일으킨다는 것은 물질이 산소와 반응하여 열과 빛을 내는 현상입니다. 물질이 타기 위해서 산소가 공급되어야 하는다는 사실은 지구가 우주의 중심이 아니라는 것 만큼 많은 사람들이 알고 있는 과학상식입니다. 하지만, 천동설을 믿었던과 같이 연소반응을 완전히 다른 식으로 이해하던 시절이 있었습니다. 17세기 후반의 연금술사들은 물질이 불에 타고나면 그 형체가 거의 다 사라지고 재만 남는다는 사실에 주목하였습니다. 분명, 불에 탄 후 물질을 이루고 있는 대부분이 사라져버리니 연소반응 중에 물질로부터 무엇인가가 없어진다고 생각했습니다. 슈탈(G.E. Stahl, 1660-1734)이라는 초기 화학자가 이렇게 사라지는 물질을 ‘플로지스톤(phlogiston)’이라고 이름지었습니다. 그리스어로 ‘타다'라는 의미인 ‘플록스(phlox)’에서 유래된 말입니다. 슈탈은 연소가 가능한 물질은 내부에 플로지스톤을 갖고 있으며, 플로지스톤이 가지고 있는 에너지를 이용하여 연소반응을 일으킨 후, 사용된 플로지스톤은 기체가 되어 물질로 부터 빠져나간다고 생각했습니다. 또한 연소된 후에는 적은 양의 재만 남게되니 물질 내부에 플로지스톤이 차지하는 비율이 상당할 것이라고 결론지었습니다. 연소반응후 재밖에 남지 않는 모습에 대한 매우 직관적인 결론이기 때문에, 플로지스톤 이론은 빠르게 퍼져나갔고 대부분의 과학자들에게 의심할 수 없는 진리로 받아들여졌습니다. 

 

보편적 과학상식으로 받아들여진 플로지스톤의 존재는 1774년 조지프 프리스틀리(Joseph Priestley, 1733-1804)에 의해 산소(oxygen)가 발견되면서 흔들리기 시작했습니다. 그는 산화 수은에 볼록렌즈를 이용하여 빛 에너지를 모았더니 기체가 발생한다는 것을 알게 되었습니다. 플로지스톤설에 의하면, 모든 기체는 불이 붙는 것을 방해합니다. 물질이 연소하면서 연소에 사용될 에너지를 다 잃어버린 플로지스톤이 기체상태로 공기중으로 방출됩니다. 기체는 이렇게 에너지가 없는 플로지스톤으로 포화된 상태라고 이해했기 때문에 연소를 방해한다고 생각한 것입니다. 하지만, 프리스틀리가 발견한 기체는 촛불을 더 잘 타게 하는 성질을 갖는다는 것을 관찰한 프리스틀리는 이 기체를 ‘탈 플로지스톤' 기체라고 불렀습니다. 산소가 처음부터 산소라는 이름을 갖게 된 것은 아니었던 것입니다. 이렇게 플로지스톤 이론에 전혀 부합되지 않은 기체를 발견하였음에도 불구하고, 프리스틀리는 그 기체가 매우 특이한 것일 뿐, 플로지스톤이론 자체에 문제가 있다고는 생각하지 않았습니다. 그것은 당시 보편적 진리라고 생각되었고, 이를 틀렸다고 하는 것은 앞서 말씀드린 일화의 중년의 여성분과 같은 사람이 되는 것었기 때문입니다. 

 

하지만, 갈릴레오나 코페르니쿠스와 같이 과감히 플로지스톤 이론이 잘못되었다고 주장한 과학자도 있었습니다. 그는 바로 ‘탈플로지스톤'이라는 기체에 산소라는 이름을 처음으로 붙인 앙투안 라부아지에(Antoine-Lavoisier, 1743-1794)였습니다. 그는 여러가지 실험을 통해서, 연소반응은 플로지스톤이 물질로부터 빠져 나오는 것이 아니라, 산소라는 기체가 입자와 반응을 일으키는 것이라는 것을 알아냈습니다. 또한, 이 기체가 바로 프로스틀리가 이야기한 탈플로지스톤 기체의 정체일 것일것이라고 생각했습니다. 재미있는 것은 라부아지에 역시 산소 기체의 특성을 제대로 이해한 것은 아니었습니다. 연소반응이 플로지스톤이 빠져 나오는 것이 아니라, 그 반대로 산소가 물질과 결합하는 과정이라는 것을 알아채기는 했지만, 그는 연소반응을 산성 물질과의 반응과 같은 것으로 잘못 이해했습니다. 덕분에 ‘산과 반응하는' 이라는 의미의 산소(oxygen)라는 이름을 붙이게 된것입니다. 이렇게 2% 부족한 발견 덕분에 이미 보편적 진리로 자리 잡아버린 플로지스톤 이론을 단박에 뒤집지 못하고, 이후로 연소 반응의 산소설이 받아들여지기까지도 오랜 시간이 걸리게 됩니다. 어쨋든, 현재는 화학이나 과학사를 공부한 사람이 아니라면 플로지스톤이라는 물질의 이름을 들어본 사람이 드물 정도로 잊혀진 이론이지만, 당시에는 일 더하기 일이 이인 것과 같은 수준의 진리로 받아들여지던 이론입니다. 

 

이외에도 과학사에는 이렇게 보편적 패러다임을 송두리채 바꿔버리는 사건들이 종종 있었습니다. ‘과학혁명의 구조(The Structure of Scientific Revolutions)’의 저자 토마스 쿤(Thomas Kuhn)은 이러한 사건들을 과학 혁명이라고 불렀으며, 우리의 과학사는 이와같은 혁명에 의해 발전해 왔다고 설명하고 있습니다. 즉, 보편적 진리라고 불리는 것들은 언제든 혁명적으로 바뀔 수 있다는 것이고, 그로 인해 과학은 다음 레벨로 진일보한다는 것입니다. 그렇다면, 서두에서 질문드렸듯이 지금 현재 우리가 진리라고 믿고 있는 것들 중에 백년, 이백년뒤 후손들은 들어보지도 못할 그런 과학적 지식들은 과연 없을까요? 그런 불안한 진리를 참이라고 고집하기 위해 서로 힐난할 필요가 있을까요? 

 

과학을 하는 사람이라면 지리하게 반복되는 실험과 긴 시간 머리를 쥐어 뜯으며 고민한 결과로 증명된 이론이 불가침의 진실이라고 본인 자신은 믿는다 해도 ‘나는 나의 지적 논리를 통해 얻어진 나의 결론이 아직까진 가장 우수하고 옳은 결론이라고 주장한다. 하지만, 이에 대해 충분한 논거로 반론을 제기하는 자가 있다면 이를 수용할 자세가 되어 있다. 또한 완벽한 논거가 이루어지지 않는다해도, 지금 내 논리로는 이해가 되지 않지만, 타인의 주장에 대한 가능성도 무시하지는 않도록 하겠다.’ 라는 마음가짐이 먼저가 아닐까 하는 생각을 해봅니다. 더 나아가 우리 삶의 곳곳에서도 내가 철석같이 믿고 있는 무엇이 참이 아닐수도 있다라는 겸손한 마음을 가지고 산다면 우리 사회에도 싸워야할 일들이 많이 줄어들지 않을까 생각합니다.


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