삶의 본질 꿰뚫는 두 개의 창 '자연과학과 철학 ', 같은 뿌리에서 출발

 

 

일반적으로 학문을 구별할 때 인문학과 과학분야로 나누고, 여기서 과학이라고 함은 이과계열의 순수과학(science)과 공학(engineering)을 통칭하곤 합니다. 하지만, 순수과학은 공학보다는 인문학에 더 많은 유사성을 갖고 있습니다. 즉, 과학이란 인문과학, 사회과학, 그리고 자연과학을 통칭하는 학문으로서 서로 다른 관점에서 우주의 근본 법칙을 찾아가려는 순수학문을 의미합니다.

특히 물리학은 철학과 근본적으로 같은 학문이라고 볼 수 있을 만큼 공통점이 많습니다. 대부분의 사람들이 고대 그리스의 철학자들은 철학자요, 곧 과학자였으며, 또 수학자의 역할을 담당하는 사람들이었다는 것을 알고 있습니다. 피타고라스는 당대의 유명한 철학자였으며, 동시에 많은 수학 공식을 유도해 낸 수학자였고, 인류 역사상 최초의 대학을 설립했던 플라톤 역시 기하학을 바탕으로 한 수학의 중요성을 항상 강조하던 학자였습니다.

대부분의 학문이 단순하게 하나로 통칭되어 있었던 그리스 시대와는 달리, 이후 과학과 철학은 분리되어 서로 다른 학문의 길을 이어왔다고 많은 분들이 생각합니다. 하지만, 뉴튼(Sir Isaac Newton, 1643-1727)의 시대를 지나 현대에 이르기까지 대부분의 물리학적 법칙들은 동일 시대의 철학관들과 긴밀하게 연결되어 있습니다.

 

뉴튼은 고전역학(Classical Mechanics)의 기틀을 만든 과학자입니다. 뉴튼의 '만유인력법칙'에 의해서 우리는 만물의 움직임을 정확히 계산할 수 있다고 생각해 왔습니다. 중고등학교에서 배우는 몇가지 공식을 이용하면 로켓의 초기 속도와 몇가지 물리량을 통해서 로켓이 어디까지 날아갈 수 있는지, 또는 바람의 영향에 의해 각도가 얼만큼 휠 것이지 등을 계산할 수 있습니다.

이러한 계산은 단지 값을 알아낼 수 있다는 사실로 끝나는 것이 아니라, 초기 조건을 안다면, 이후의 물리적 결과를 정확하게 예측할 수 있는 철학관이었던  결정론(Determinism)과 일맥 상통합니다. 또 다른 결정론자인  프랑스의 과학자 라플라스(Pierre-Simon Laplace, 1749-1827)는 우리가 우주에 존재하는 모든 입자들의 속도 및 위치를 알 수 있다면, 미래의 우주를 정확히 예측할 수 있다고 말하며, 초기 조건이 미래를 결정한다고 믿었습니다.

이러한 과학적 법칙을 일반화해서, 하나의 결과를 결정하는 초기 조건 역시 그 이전에 벌어진 어떠한 사건의 결과라는 점을 고려하여 궁극적으로는 이 우주가 생겨나는 순간에 오늘 우리가 처한 모든 상황, 나아가 미래에 일어날 모든 일들이 이미 정확히 정해졌다고 주장하는 것이 결정론자들의 이야기입니다. 이러한 결정론은 당시의 기독교적 종교관과 일치되어 빠르게 그 기틀을 마련할 수 있었는데, 유일신의 존재와 그 신의 의지대로 우리의 삶이 결정된다고 믿는 당시의 카톨릭계의 생각과 결정론이 잘 맞아 떨어졌기 때문이었습니다. 결정론과 함께 대두되는 화두는 바로 자유의지(free-will)인데, 과연 이 모든 우주는 초기에 결정된 대로만 흘러가는 것인가, 아니면 어느 정도의 개개의 개체들의 자유의지에 의해서 결과가 바뀔 수 있는 소지가 있는 것인가, 만약 그렇다면 어느 정도 선까지 자유의지가 미래를 바꿀 수 있는가에 대한 논쟁입니다. 이는 과학적인 관점으로 설명하자면, 초기 조건에 의해 결과는 정확히 정해지지만, 실제 실험을 실행한다면 언제나 실험적 오차에 의해서 예측된 결과가 정확히 일어나지 않을 수도 있다는 점과 연결됩니다. 오차를 갖고 있는 결과를 이용해서 다른 실험을 이어간다면 오차가 계속적으로 커질 수 밖에 없으며, 이를 오차의 확산(error propagation)이라고 합니다. 이러한 오차 확산이 사회과학적으로는 자유의지에 의한 결과의 다양성으로 해석되기도 합니다 .

 

17 ~ 18세기를 거치며 자연을 이해하는 완벽한 논리로 자리매김했던 결정론은 19세기초 양자역학(Quantum Mechanics)이 대두되면서, 큰 혼돈의 시기를 맞습니다. 초기 조건에 의해 모든 결과를 예측할 수 있다고 본 결정론과 달리, 양자역학은 세상에서 과학적으로 ‘정확히’ 관측할 수 있는 것은 존재하지 않으며, 우리는 모든 일이 일어날 확률 만을 알 수 있다고 설명합니다. 더 나아가 실제 사건이 일어나기 전까지는 두가지 이상의 상황이 동시에 존재하는 양자얽힘(quantum entanglement) 상태가 존재한다고 설명합니다. 상자 안에 갇혀있는 고양이가 죽었는지 살아있는지를 확인하기 위해 실제로 뚜껑을 열어보기 전까지는 죽은 고양이와 살아있는 고양이의 상태가 상자 속에 동시에 공전하고 있다는 식의 설명을 양자역학은 가능하게 합니다.

이러한 양자역학이 고전역학으로 설명이 불가능한 물리적 상태를 설명할 수 있다는 것이 증명되면서, 모든 것이 이미 결정되어 있다는 결정론은 모든 사건이 일어날 확률만이 결정되어 있다는 확률론적 결정론으로 수정되었으며, 하나의 상태로 모든 것이 귀결되는 것이 아니라 여러가지 다양성이 공존함을 인정해야 한다는 쪽으로 변화하게 됩니다. 이러한 과학적 사고의 변화는 2차 세계대전이후의 포스트 모더니즘(post-modernism) 사상과 그 맥락을 같이 합니다. 탈중심적 다원적 사고, 탈이성적 사고를 가장 큰 특징으로 갖는 포스트 모더니즘의 철학적 기류가 바로 양자역학의 불확정성 원리와 흡사하다고 볼 수 있는 것입니다.

 

우리가 물리학을 공부하는 이유는 단지 복잡한 공식들을 이용해서 로켓이 떨어질 위치를 계산하거나, 우주 탐사선이 화성에 도착하기 위해서 어느 정도의 에너지를 사용해야 할지를 알아내는 것이 아닙니다. 자연과학의 근본적인 이유는 이 우주를 이루고 있는 가장 근본적인 그 무엇인가를 찾고자 하는 열망 때문인 것입니다. 그것이 수학적 공식과 과학적 탐구를 이용한 것인지, 아니면 인간 내면의 특성, 또는 사회 구조 상의 인과관계를 이용해서 그 답을 찾고자 하는 것인지에 따른 방법론에서 철학과 물리학을 구분 지을 수 있는 차이를 만들 뿐, 궁극적으로 동일한 학문이라 할 수 있습니다. 어렵게만 느껴지는 숫자와 공식들 뒤에 가려져 있는, 어찌보면 당연하고 일반적이라 생각되는 철학적 이치를 깨닫는다면 물리학을 포함한 자연과학분야의 진정한 의미를 이해하는데도 많은 도움이 되지 않을까 합니다.