과학자는 어떻게 생각하고 어떻게 말할까?

상상을 현실로 바꾸는 과학적 사고의 비밀을 풀어보는 <논리학 실험실>이 나왔다. 이미 일본에서 청소년 과학 부문 베스트셀러로 인정될만큼 미래의 과학자를 위한 맞춤식 논리학 훈련서이다. 일반 논술 기법의 기본을 설명할 뿐 아니라 과학적 연구 방법의 근본 또한 이해시켜 준다. 가설을 실증함으로써 알지 못했던 새로운 것을 설명할 수 있는 과학적인 생각을 배울 수 있도록, 과학자들의 설명 방법과 문제 해결 방식의 비밀을 엿본다.

미래의 과학자를 꿈꾸는 청소년과 과학의 학문으로 들어선 이공계 대학생에게 유익학 과학적 사고의 시간이 될 것이다.

세상 모든 과학 이야기 사이엔티아_SCIENTIA 시리즈
사이엔티아는 바다출판사가 새로이 출간하는 청소년 과학 도서 시리즈입니다. “사진과 그림으로 떠나는 21세기 최첨단 과학 여행”이라는 콘셉트로 기초 순수과학에서부터 논리학, 수학을 포함하여 최첨단 응용과학까지 과학의 모든 영역을 아우를 이 시리즈는 인류가 쌓아온 모든 과학적 지식뿐 아니라 현대인의 삶에 없어서는 안 될 첨단 과학의 현주소를 충실하게 짚어낼 것입니다.
이 시리즈는 중고등학생이 주 독자층이지만, 최신 과학 분야의 성과도 다루고 있어 대학생 및 일반인들도 읽을 만한 시리즈입니다. 특히 각각의 책에 담긴 풍부한 사진과 그림 자료를 이용한 다채로운 편집은 내용 이해를 도울 뿐 아니라 독서의 재미를 배가시킬 것입니다.
* SCIENTIA는 과학을 의미하는 SCIENCE의 라틴어 원어로, “지식”, “앎”이라는 뜻을 가지고 있습니다. 이 시리즈는 과학이 만들어가는 우리 시대의 새로운 “지식”과 “앎”을 충실히 담을 것입니다.

아인슈타인처럼 생각하고, 뉴턴처럼 설명하라
― 미래의 과학자를 위한 새로운 개념의 논리학 훈련서
우리의 일상은 과학적 성과의 혜택으로 가득 차 있다. 자동차를 타고, 컴퓨터 작업을 하고, 옷을 입고, 밥을 먹는 행위 모두에 과학적 성과의 혜택이 숨어 있다. 하지만 이렇게 “과학적 행위의 결과로 얻어진 성과”를 접하면서도 그것이 나오는 과정에 대해서는 생각해 본 적이 많지 않을 것이다. 이 책은 과학적 성과만이 아니라 과학적 성과를 내기까지 과학자가 어떤 생각과 추론을 하고, 어떻게 과학적 작업을 실천하고 있는지를 바라본 책이다.
과학적 사고법과 과학적 논리술을 훈련하면 현상을 있는 그대로 보지 않고 그 현상 뒤에 가려진 여러 가지 근거와 논거를 살피는 기술을 익힐 수 있다. 그리고 이를 통해 세상을 바라보는 깊고 넓은 시각을 갖출 수 있다. 최근의 중고등학교 교과 과정은 단순히 지식을 배우는 것에 머물지 않는다. 통합적 사고를 요구하는 새로운 교과 과정에 적응하기 위해선 과학적 사고법과 설명 방법을 갖추는 것이 더없이 중요할 것이다.
논리, 논술이라고 하면 마치 언어 영역에만 한정된 것이라고 판단하기 쉽다. 그러나 과학이야말로 다른 어느 분야보다 논리적 사고력이 필요한 분야이다. 이 책은 일상 대화에서부터 관찰 보고서 작성까지, 과학적으로 생각하는 방법과 과학적으로 설명하는 방법을 알려주는 맞춤형 논리학 훈련서이다. 이 책은 일반 논술 기법의 기본을 설명할 뿐 아니라 과학적 연구 방법의 근본 또한 이해시켜 준다. 따라서 과학자를 꿈꾸는 청소년뿐 아니라 이공계 대학생, 논리력을 갖추고자 하는 일반 독자들도 지금까지 경험하지 못한 새로운 설명 기법과 논증 기법을 발견할 것이다.
과학적 사고를 탐색하는 세 가지 목적
과학적 성과에 이르는 과정을 알고자 하는 목적으로는 크게 세 가지를 들 수 있다. 첫째 목적은 과학적 사고의 재미를 아는 것이다. 우리들이 하는 일상적인 사고와 과학적인 사고 사이에는 여러 면에서 차이가 있는데, 일상적인 대화에서는 충분히 가능한 논리도 과학적으로 판단해 보면 성립되지 않는 경우가 많다. 가령 우리는 “영철이만 있으면 비가 오니 소풍갈 때 영철이를 빼자”라는 말을 하는데, 이는 “인과관계”와 “상관관계”를 혼동한 것이다. 영철이가 참석하는 것과 비가 오는 것에는 “상관관계”가 있지만, 영철이 때문에 비가 온다는 말에는 과학적 근거가 없으므로 “인과관계”는 성립하지 않는다. 반면 “날이 흐리면 비가 온다”라는 명제는 “인과관계”와 “상관관계”가 모두 성립한다. 이처럼 일상적 대화와 과학적 사고의 차이를 알면 과학적 사고의 세계와 과학적 접근법의 재미를 즐길 수 있다.
둘째는 세계를 바라보는 우리의 사고가 자유롭지 못하다는 것을 깨닫는 것이다. 과학은 세상의 여러 현상을 생각하고 설명하려 한다. 그때 나타나는 과학적 접근을 좀 더 높은 관점에서 바라보면 인간이 세계를 어떻게 보고 있는지, 거기에 어떤 편견이 있는지가 그려진다.
셋째 목적은 간접적인 목적으로, 과학적 사고를 통해 우리들의 평소 생각과 설명의 형태를 알아보는 것이다. 과학적 사고 절차와 추론 절차에 따라 살펴보면 평소 우리들의 사고와 추론이 매우 거칠고 허술했음을 알게 될 것이다. 이 책은 우리들이 일상적인 대화나 논의에 있어서 얼마나 “과학적 사고”나 “과학적 접근법”을 취하고 있는지, 또는 그것에 의하여 어느 정도 평소의 거칠었던 사고를 교정할 수 있는지에 대해 생각하는 계기가 될 것이다.

논리를 알면 과학이 보인다!
논리학이 언어 영역에만 속하는 것이라고 생각했다면 오산이다. 과학이야말로 다른 어느 학문보다 논리적 사고력이 필요한 분야이다. 근거에 따라 가설을 세우고 실험을 통해 결론을 뽑아내는 과학적 방법론은 그 자체로 완결성을 갖춘 논리적 과정이다. 과학적 논리의 특징은 가설을 세우고 그 가설을 증명하거나 반증할 수 있도록 실험을 수행하는 것에 있다. 이때 가설이 어느 정도 합리적인 것이 되려면 “근거”가 충실해야 한다.
이 책은 근거와 논거를 바탕으로 가설을 세우는 방법, 가설에 따른 추론 및 실험 과정을 거쳐 새로운 결론을 이끌어내는 방법을 설명한다. 또한 그렇게 도출된 결론을 분석하는 기술, 즉 검증 절차에 대해서도 설명한다. 이처럼 논리적 사고 절차에 따르면 머릿속에 추상적으로 있었던 아이디어가 구체적인 모습을 띄며 드러나게 된다.

어려운 논리는 이제 그만!
논증, 논거, 근거, 추론, 가설, 연역, 귀납, 반증……. 이 책은 자주 듣지만 정확한 뜻은 몰랐던 논리학 용어를 이해하기 쉽게 설명한다. 특히 우리들이 흔히 나누는 일상적인 대화에서부터 신문 기사, 과학자의 실험까지 폭넓은 분야에서 뽑은 다양한 사례를 통해 어려운 논리학 개념들을 풀어 주고, 논리학이 결코 어려운 것이 아님을 보여 준다.
이 책은 “배가 고파서 뭐를 먹고 싶다”는 단순한 문장을 근거(배가 고프다)와 결론(무언가 먹고 싶다)으로 나누는 것부터 시작한다. 그리고 이를 바탕으로 다양한 사례를 짚어 가며 각 문장의 “근거”와 “결론”을 나누는 훈련으로 나아간다. 이때 근거와 다른 결론이 도출되는 과정에 필요한 것을 “비약”이라고 하는데, 대부분의 “논증”은 이 비약을 통해 성립한다. 하지만 “비약”이라고 해서 모두 가능한 것은 아니다. 근거와 결론이 같다면(예, “그는 결혼하지 않았다. 그는 독신이다”) 비약이 없는 것이고, 근거에 어울리는 결론이 아니라면 비약이 아니라 억측일 뿐이다.

과학적 사고의 재미를 즐기자!
과학적 사고는 우리가 평소에 가진 편견을 깨는 데 도움을 줄 뿐 아니라 우리를 둘러싼 세상을 보는 새로운 눈을 제공한다. 친구들과 대화를 나누거나 신문 기사를 읽더라도 그전에는 미처 몰랐던 논리적 오류를 쉽게 발견할 수 있다. 가령 친구가 나보다 몇 년 더 운동을 했다는 이유로 그 친구가 나보다 그 운동을 잘할 것이라고 말하려면, “운동은 오래 하면 오래 할수록 능숙하다”라는 논거와 “운동을 잘하는지는 해온 햇수를 비교하면 알 수 있다”라는 두 가지 논거가 성립해야 가능하다. 하지만 여기에는 “일반화의 오류”가 숨어져 있다. “운동의 능숙함”을 판단하는 데는 시간이 절대 조건이 아니기 때문이다. 이와 같이 과학적 사고 절차와 추론 절차에 따라 세상을 바라보면 지금까지 지나쳐 왔던 세상의 많은 면들이 훨씬 흥미진진하게 다가올 것이다.

“논증은 무엇 때문에 하는가”라는 질문에는 여러 가지 답이 있을 수 있습니다. 그래서 여기서는 그 이유를 “타인에게 자기의 주장이 옮음을 전하기 위해”라고 해 두겠습니다. 이 이유를 전제로 하면 우리들은 “자신의 의견과 주장을 그 이유가 되는 근거나 논거를 모아서 제시하는 것은 자신의 의견과 주장이 옳다는 사실을 타인에게 전하기 위함이다”라고 할 수 있겠습니다. 근거나 논거라는 이유 없이는 주장의 옮음을 전달할 수 없다는 것입니다.
과학적 논의를 하려는 과학자의 의견이나 주장 역시 그 주장이 옳은 것이라면 이유가 되는 근거나 논거가 필요합니다. 이렇게 생각하면, 주장은 물론이거니와 논증에 있어서 더욱 중심적인 역할을 하는 것이 이유(근거와 논거의 내용)라고 할 수도 있습니다.
_ 본문 46쪽 “주장과 결론은 이유에 둘러싸여 있다”

이론이란 세계를 설명할 때 사용하는 사고상의 도구 같은 것입니다. 과학자는 그 도구를 사용해서 세계의 여러 가지 사물을 설명하고자 합니다. 즉 도구를 조합해 세계를 재구성하는 것입니다. 그리고 그 도구를 만드는 데는 몇 가지 충족해야 할 조건이 있습니다.
첫째 조건은 이론의 “논리성”입니다. 이는 이론에 포함되는 가정에 필요한 논리적 관계를 가리킵니다. 즉 설명할 때 사용되는 몇 가지 도구들 간의 관계가 논리적으로 연결되어야 한다는 것입니다. 둘째 조건은 “포괄성”입니다. 설명을 위한 도구가 세계의 특정한 대상만을 설명하는 것이 아니라 여러 가지 사물과 대상을 설명할 수 있을 필요가 있습니다. 셋째 조건은 “단순성”입니다. 가정의 내용이 단순하거나 필요한 최소수의 가정이 되도록 한 이론이 이상적입니다. 동일한 설명이 되기만 한다면 가정의 수가 적은 쪽이 더 좋은 설명입니다.
_ 본문 174쪽 “이론(가정의 집합)을 구축할 때의 조건”

귀납적 추론은 전제(근거)에 포함되어 있지 않은 그 무엇을 결론으로 이끌어내는 것이므로 대단히 위험한 것일 수 있습니다. 즉 귀납적 논증을 통해 도출된 결론은 참인지 아닌지가 정해져 있지 않습니다. 그렇기 때문에 위험합니다. 그러나 이는 허용 범위 내에서 충분히 사용되는 타당한 추론이라 할 수 있습니다.
귀납적 추론에 의해 얻어진 결론에는 불확실성이 있지만 뒤에 있는 근거로부터 아직 보이지 않는 새로운 결론을 끌어내는 장점도 있습니다. 연역적 추론에는 허용할 수 없는 자유로운 비약과 전개를 귀납적 추론에서는 허용합니다. 이것이 귀납적 추론의 장점입니다. 우리가 살아가는 세상의 굴레서하 한 걸음도 나아가지 못한다면 세계는 전진하지 못합니다. 과학도 실험 데이터나 관측 자료를 근거로 이 추론을 사용하여 시간적?공간적 제약을 넘어서 합당한 법칙을 유도해 왔던 것입니다. 이것에 의해 인간 생활이 구축되었다 해도 과언이 아닙니다.
_ 본문 108쪽 “귀납적 추론 대 연역적 추론”