어제 잠이 일찍 들어서 자다가 새벽에 눈이 떠졌다. ...

어제 잠이 일찍 들어서 자다가 새벽에 눈이 떠졌다. 책읽다보면 잠이 다시 오겠지라는 막연한 믿음(?)으로 책을 펼쳐들었다.

오늘 다시 읽기 시작한 이 책은 독서노트 기록을 보니 거의 한 달 만에 다시 읽는다. 힌 달 전 포스팅 내용을 잠깐 다시 보니 계몽사상이네 뭐네 하면서 다소 추상적인 얘기가 나왔던 관계로 잘 읽히지 않아 한동안 내려놨었던 것 같다. 근데, 최근 읽고 있는 다른 책들이 또 질리고 잘 안 읽히는 관계로 다시 이 책을 집어들었는데 확실히 예전보다는 좀 수월하게 읽힌다. 한 달 전엔 이 책 본문에 나오는 한 문장 읽어내기가 그렇게 힘들더니 오늘은 또 안 그런 게 정확한 이유는 잘 모르겠지만 신기할 따름이다.

잡설이 과하게 길었고, 본론으로 돌아와서 오늘은 이 책의 4장에 해당하는 자연과학에 대한 내용부터 시작한다. 맨 처음에 전자기 스펙트럼(?) 이라는 것에 대해 나오는데, 개인적으로 지난 겨울에 칼 세이건의《코스모스》에서 이와 유사한 내용을 접했던 기억이 있어서 조금이나마 읽기가 수월할 듯하다. 어쩌면 사람들이 흔히 말하는 배경지식의 중요성이라는 게 이런 건지도 모르겠다.

과학에 완전히 무지했던 내가 《코스모스》를 꾸역꾸역 읽으면서 참 힘들기도 했지만, 그때의 힘듦이 지금 읽는 이 책 《통섭》의 독서를 조금이나마 수월하게 해준다는 생각이 들자 문득 사자성어 하나가 생각났다. 그것은 바로 ‘고진감래苦盡甘來‘ 다. 물론 다들 아는 사자성어겠지만, 직역하자면 ‘괴로움이 다하고 달달함이 온다‘ 정도로 표현할 수 있겠다. 내 독서이력에 적용해서 말해보자면 《코스모스》를 읽을 때의 괴로움이 완독을 통해 끝나고 이《통섭》을 읽을 때는 상대적으로 과거보다 배경지식이 쌓였기에 달달함이 느껴진다고나 할까.

그렇다고 해서 이 책도 결코 쉽게 볼 책은 아니다. 위에서 언급한 달달하다는 표현은 그냥 예전보다 읽기가 좀 더 수월해졌다는 정도의 의미일 뿐 그 이상도 그 이하도 아니다. 또한 책의 내용 자체가 쉽다고 말하는 건 저자에 대한 예의도 아닐 것이다.
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뒤이어 읽다가 과학이라는 것을 저자가 정의한 내용을 만나볼 수 있었다. p.112에 밑줄친 내용인데, 읽으면서 광범위하고 막연하게만 느껴졌던 과학에 대한 정의를 정말로 잘 정리한 문장이라는 생각이 들었다.

개인적으로 작년 여름 경에 유시민 작가의《문과 남자의 과학공부》라는 책을 읽었었는데, 오늘 포스팅의 마지막 부분에서는 그 책에서 처음 알게 되어 익숙해진 용어인 ‘환원주의‘라는 것에 대해 나온다. 작년에는 그냥 막연하게 느낌만 알고 있었는데, 오늘 독서를 통해 보다 구체적으로 이 용에에 대해 알 수 있어서 좋았다. 문득 앎에도 어떤 단계같은 게 있다는 생각이 든다.

전자기 스펙트럼을 이해하게 된 과학자들은 동물의 시각 세계뿐만 아니라 그 너머의 시각 세계도 볼 수 있게 되었다. 그들은 모든 파장을 가시광선과 가청음(可聽音)으로 번역해 낼 수 있으며 다양한 에너지원으로부터 스펙트럼의 대부분을 생성해 낼 수 있다. - P101

과학자들은 전자기 스펙트럼을 조작함으로써 아래로는 아원자 입자의 자취를 자세히 볼 수 있게 되었고, 위로는 멀리 떨어진 은하에서 오는 초기 우주의 빛을 통해 별의 탄생을 관찰할 수 있게 되었다. - P101

그들, 아니 우리는(과학 지식이 보편적으로 이용 가능해졌기에 우리라고 할 수 있다.) 37제곱의 크기로 물질을 시각화할 수 있다. 즉 가장 작다고 알려진 입자를 1로 볼 때 가장 큰 성단은 1 다음에 0을 37개 써넣은 정도의 크기이다. 그리고 우리는 이 정도 범위 안에 있는 모든 물질을 시각화할 수 있다. - P101

인류의 위대한 업적은 인류가 질서 정연한 것으로 판명된 세계속에서 자신의 길을 아무런 도움 없이 개척해 왔다는 사실이다. - P102

인간 청각 범위는 20헤르츠에서 2만 헤르츠(초당 공기 압축 주기)이다. 박쥐는 이 범위의 상한선을 넘어서는 초음파 신호를 밤공기 속에 발사하고 돌아오는 반향(메아리)을 통해 나방 같은 곤충들의 위치를 알아낸다. 피식자들도 박쥐가 내는 동일한 주파수의 소리를 귀로 듣는다. - P102

우리는 찌릿한 피부 자극과 튀는 불꽃을 통해 간접적으로만 전기를 감지하지만 아프리카와 남아메리카의 전기 물고기들(전기뱀장어와 메기, 코끼리코물고기)은 그야말로 전기의 세계 속에서 살고 있다. 그들은 굵은 신경 근육 조직을 유기체 전지로 변형시켜 몸 주위에 전기장을 만들도록 진화했다. - P102

전원은 신경 스위치로 통제된다. 즉 스위치가 켜질 때마다 전기 물고기들은 몸에 퍼져 있는 전기 수용로 전압을 감지할 수 있다. 가까이에 있는 물체에서 생긴 전기장의 변화는 수용기 주변으로 전기 그림자를 만드는데 이런 변화를 통해그들은 그 물체의 크기와 모양 그리고 운동을 측정한다. 이런 정보들을 연속적으로 받으면서 그 물고기들은 어두운 물속에서도 매우 부드럽게 미끄러지듯 헤엄쳐 다닌다. 게다가 이런 연속된 정보들을 통해 적을 피하기도 하고 먹이를 뒤쫓기도 한다. - P103

그들은 또한 암호화된 전기 신호를 사용해서 의사소통도 한다. 동물행동학자들도 전압기와 탐지기를 사용하면 인공 전기 물고기가 되어 이 의사소통에 동참할수 있다. - P103

만일 환경으로부터 어떤 신호를 포착하는 어떤 유기체 감지기를 상상할 수 있다면 그 감지기를 가진 종이 어딘가에는 존재한다 - P103

상이한 유전 형태의 차별적 생존과 번식으로 정의되는 자연선택은 필요에 따라서만 개체를 만든다. - P103

개체의 능력은 니치(niche, 원래의 뜻은 벽감. 어떤 종이 소비하는 자원들의 집합과 그 종이 점유하고 있는 서식지)에서 자신들의 적응도를 극대화하는 선까지만 진화한다. - P103

모든 종류의 나비, 박쥐, 물고기 그리고 호모 사피엔스(Homo sapiens)를 포함한 영장류는 그들 나름의 독특한 니치를 갖고 있다. 이것은 각각의 종이 저마다 고유한 감각 세계 속에서 살고 있다는 뜻이다. 그런 세계를 만드는 과정에서 자연선택은 과거 역사의 조건들과 그때그때 일어나는 사건들에 의해서만 인도된다. - P104

자연선택은 미래의 필요를 내다보지 못한다. - P104

인류가 진화의 투기장(鬪技場)에서 만난 세가지 조건 혹은 세 번의 행운이 과학 혁명을 만들었다. 첫 번째는 우리가 창조성과 끝없는 호기심을 가졌다는 것이었다. 두 번째는 우리가 우주의 본질적 속성들을 추상화하는 능력을 타고났다는 것이었다. ...(중략)... 세 번째는 물리학자인 유진 위그너 (Eugene Wigner)가 언젠가 말했듯이 수학이 자연과학에 놀랍도록 효과적이라는 점이다. - P105

아직도 과학자들과 철학자들이 그 이유를 분명하게 밝혀내지는 못했지만 어쨌든 수학 이론과 물리학 실험 자료의 대응은 신비로울 정도이다. 이런 의미에서 수학이 과학의 자연 언어라는 믿음은 지당해 보인다. - P105

"자연과학에서 수학의 엄청난 유용성은 신비에 가까운 어떤 것이며 합리적 설명이 잘 안 되는 영역이다. ‘자연법칙들‘이 존재한다는 것도 자연스럽지 않지만 인간이 그런 법칙들을 발견할 수 있다는 것은 더 부자연스럽다. 물리 법칙을 공식화하는 데 수학 언어가 너무나 적절하다는 이 기적 같은 사실은 우리가 이해하지 못하고 이해할 만한 수준도 못 된다는 의미에서 너무나 멋진 선물이다." - P105

물리 법칙들은 문화적 차이를 초월할 만큼 정밀한 게 사실이다. 그 법칙들은 수학적 공식으로 표현되는데 그런 공식들은 예컨대 중국이건 에티오피아건 상관없이 한결같다. 게다가 그것들은 남권주의냐 여권주의냐에 따라 달라지는 것도 아니다. 심지어 만일 원자력을 사용하며 우주선을 쏘아 올리는 진보된 외계 문명인이 있다면 그들도 동일한 법칙들을 발견했을 것이라고 여길 수 있다. 물론 그들의 물리 법칙들을 우리 것들과 대응하도록 순차적인 번역을 해야 하겠지만 말이다. - P105

가장 정밀한 것들은 전자의 측정과 관련되어 있다. 전자 하나는 상상을 초월할 정도로 작다. 파동 에너지의 확률적 분포로 추상화되는 이 전자는 이동하는 물체를 3차원의 공간 속에서 인지하는 전통적인 틀로는 시각화되지 않는다. (물론 이런 현상은 양자물리학의 일반적인 현상이다.) 하지만 전자가 1.6×10^19 쿨롱의 전하를 가지며 0.91×10^28 그램의 정지 질량을 가진다는 사실만큼은 확실하다. 이런 값들과 그 밖의 다른 입증 가능한 양들로부터 전류, 전자기 스펙트럼, 광전 효과 그리고 화학 결합의 속성들이 연역되어 나왔다. - P106

이런 기본적 현상들을 하나로 묶는 이론은 양자전기역학(quantum electrodynamics, Q. E. D.)이라고 불리며 그래프와 방정식으로 구성되어 있다. 양자전기역학은 각 전자의 위치와 운동량을 파동함수와 공간상의 이산적 입자 둘 다로 다룬다. - P106

양자전기역학에서 전자는 무작위적으로 광자를 방사하고 재흡수하는 것으로 그려지며 이때 광자는 전자기력을 운반하지만 질량은 없는 독특한 입자로 간주된다. - P106

전자의 한 속성인 자기 모멘트에 관한 이론과 실험은 물리 과학의 역사상 가장 정확한 일치를 보였다. 자기 모멘트는 전자와 자기장 간의 상호 작용 값이다. 좀 더 정확히 말하면 전자에 작용하는 자기 유도에 따라 갈라진 전자가 갖는 최대 토크(돌림힘)이다. 이때 알고 싶은 양은 자기 회전 비율, 즉 자기운동량을 각운동량으로 나눈 값이다. - P106

이론 물리학자들은 특수 상대성과 광자 방출과 재흡수로부터의 섭동 (양자전기역학으로부터 예측되는 이 두 현상은 고전 입자물리학으로 예측한 값들과 약간 다르다.)을 통합하는 계산을 통해 자기 회전 비율의 값을 예측했다. - P106

점점 더 작은 세계로 내려가 전자처럼 극미 존재자를 찾으려는 이런 시도는 서양의 자연과학을 추동해 온 힘이다. 이것은 일종의 본능이다. 인간은 기본 물질들을 찾는 것에 강박 관념을 갖고 있다. 우리는 그 물질들을 분리했다가 되붙이는 식의 작업을 끊임없이 한다. - P107

직접적인 시각 관찰은 궁극적인 것을 찾는 작업에 큰 도움이 되었다. 그런 관찰은 현미경의 분해능을 점점 높이는 과정을 통해 이뤄졌다. 이 기술은 인간이 가진 제2의 기본적인 열망을 만족시킨다. 즉 모든 세상을 우리 자신의 눈으로 보는 것. - P107

과학에서는 브리지 카드 놀이에서처럼 남의 패를 한 번 흘낏 보는 것만으로도 엄청난 결과를 얻을 수 있다. - P108

원자 수준의 영상화는 3세기 동안의 기술 혁신을 통해 얻은 최종 산물이다. 최초의 현미경은 안톤 반 레벤후크(Anton van Leeuwenhoek)가 1600년대 후반에 만든 초보적인 광학 도구였다. 인간보다 100배 높은 분해능을 지닌 이 도구로 그는 박테리아를 비롯한 여러 대상들을 관찰할 수 있었다. 그러나 이제 우리에게는 눈보다 100만 배나 더 높은 분해능을 가진 현미경이 있다. - P108

분해와 재결합을 향한 열정은 나노 기술의 발명을 이끌어 냈다. 나노 기술은 상대적으로 적은 수의 분자들로 구성된 장치를 만드는 기술이다. - P108

ROM (읽기 전용 기억 장치) - P108

궁극적인 의미에서 우리의 두뇌와 감각체계는 인간의 유전자를 보존하고 배가시키는 생물학적 장치로서 진화했다. - P110

과학은 자료를 해석하는 이론을 개발함으로써 실험 도구를 통해 향상된 감각 경험을 합리적으로 처리할 수 있게 되었다. - P110

과학에서는 그 어떤 것도 이론이 없이는 의미가 없다. 모든 지식을 맥락에 맞도록 그럴듯하게 엮어 냄으로써 세계를 재창조하는 일은 우리의 본성이다. - P110

"경합하는 여러 이론들이 있다면 돈을 내고 가장 마음에 드는 걸 고르면 된다." - P110

과학 이론은 반례들에 직면하면 폐기되도록 특별히 설계되어 있다. 그리고 그것이 이왕 틀린 것이라면 빨리 폐기되면 될수록 좋다. "실수는 빨리 할수록 좋다."라는 격언은 과학적 실천에서도 하나의 규칙이다. - P111

경제학자 폴 새뮤얼슨(PaulSamuelson)이 언젠가 말했듯이 이론은 거듭되는 장례식을 통해 진보한다. - P111

양자전기역학과 자연선택에 근거한 진화론은 중요한 현상들을 다루는 거대 이론들 중에 대표적인 성공 사례이다. 그 이론들이 다루는 존재들, 예컨대 전자, 광자, 유전자 등은 측정될 수 있다. 그리고 그 이론의 진술들은 혹독한 비판과 수많은 실험 그리고 경쟁 이론의 끈질긴 문제 제기 등을 통해 철저히 시험받도록 설계되어 있다. 과학이론의 지위를 차지하려면 그 정도의 시험을 견뎌 내야만 한다. - P111

최고의 이론은 오컴의 면도날을 통해 판가름 난다. 오컴의 면도날이라는 용어는 1320년대에 오컴의 윌리엄(William of Occam)이 처음 사용한 것인데, 그는 "전제는 적으면 적을수록 좋기 때문에 필요 이상의 전제들을 사용하는 것은 헛될 수밖에 없다."라고 말했다. - P111

이론을 판가름하는 데 있어 검약성은 좋은 기준이다. 군살이 없고 시험에 통과한 이론만 있으면 하늘에서 태양의 길을 안내하는 포이보스(Phoebos, 아폴론 신의 다른 이름)나 북녘의 숲을 가꾸는 드라이아드(dryad, 그리스 신화의 숲의 요정)도 더 이상 필요 없다. 검약의 원리는 우리가 세계를 이해할 수 있게 해 주기도 하지만 뉴에이지 (New Age)운동의 꿈을 물거품으로 만들기도 한다. - P112

과학 이론도 상상력의 산물이다. 좀 더 정확히 말하면 정보에 입각한 상상력의 산물이다. 과학 이론은 이전에 짐작도 못했던 현상들의 존재를 예측하기 위해서 아무도 발을 들여 놓은 적이 없는 곳을 찾아간다. - P112

이론은 가설을 만들어 낸다. 가설은 탐구되지 않는 주제에 대한 훈련된 추측이다. 가장 좋은 이론은 가장 생산적인 가설을 생성해 낸다. 그리고 이 가설은 관찰과 실험을 통해 대답할 수 있는 질문으로 명료하게 번역된다. 이론과 그것의 자손인 가설은 가용한 자료를 놓고 다른 이론. 가설과 경쟁을 한다. 이런 험난한 환경에서 살아남은 생존자는 다윈 진화론적인 의미의 승자로서 과학의 성전에 입성하게 되고 우리의 마음속에 자리를 잡게 되며 더 놀라운 물리적 실재를 탐구하는 데 길잡이 역할을 한다. - P112

최대한으로 정확하게 말하자면 과학은 세상에 대한 지식을 모아서 그 지식을 시험 가능한 법칙과 원리로 응축하는 체계적이고 조직화된 탐구이다. - P112

과학과 사이비 과학을 구분하는 첫째 기준은 반복 가능성이다. 즉 다른 사람들이 독립적으로 수행해도 같은 현상이 나와야 하고 그런 현상에 대한 해석이 새로운 분석과 실험을 통해 입증되거나 반증되어야 한다. - P112

둘째 기준은 경제성이다. 과학자들은 가장 많은 정보를 가장 적은 노력으로 이끌어 내는 과정에서 가장 단순하면서도 미적으로 가장 아름다운 형태로 정보를 추상화하고자 한다. 이것을 우아함의 추구라고 말할 수 있다. - P113

셋째 기준은 측정이다. 만일 어떤 것이 보편적으로 받아들여지는 척도에 따라 적절히 측정될 수 있다면 그에 대한 일반화는 명확해진다. - P113

넷째 기준은 발견 기법이다. 최고의 과학은 종종 예측할 수 없는 새로운 방향으로 후속 발견들을 자극한다. 그리고 새로운 지식은 원래 원칙의 진위를 다시 시험해 보게끔 한다. - P113

마지막으로 과학과 사이비 과학을 가르는 다섯째 기준은 통섭이다. 즉 다양한 현상들에 대한 여러 설명들을 서로 연결하고 일치시킬 수 있을 때 가장 경쟁력 있는 설명이 된다. - P113

천문학, 생의학 그리고 생리심리학은 이 모든 기준들을 만족시킨다. 하지만 불행히도 점성술, UFO학, 창조 과학, 크리스천 사이언스(미국의 종교가 에디 부인이 1866년에 창시한 신흥 종교로서 다양한 심리 요법을 통해 신자들을 늘리고 있다.)는 어떤 기준도 만족시키지 못한다. - P113

진정한 자연과학은 이론과 증거로 꽉 맞물려 있으며 근대 문명의 기술적 진보에 근간이 되어 왔다는 점을 절대로 간과해서는 안 된다. 사이비 과학은 개인의 심리적 필요는 충족시킬 수 있으나 기술 발달과는 아무런 관련이 없다. - P113

과학의 최전선에는 언제나 자연을 자연적 구성 성분으로 쪼개는 환원주의가 있다. - P113

과학에 대한 비판가들은 환원주의를 일종의 강박증이라고 여긴다. 즉 환원주의자들은 종착점까지 내려가야만 심리적 안정을 찾는다는 것이다. 어떤 이는 최근에 이것을 "환원적 과대망상증"이라고 부르기도 했다. 하지만 이런 묘사는 기소당할 수도 있는 명백한 오진이다. 입증 가능한 발견들을 산출해 내는 실제 과학자들은 환원주의를 이와는 완전히 다르게 보기 때문이다. - P114

환원주의는 다른 방도로는 도저히 뚫고 들어갈 수 없는 복잡한 체계를 비집고 들어가기 위해 채용된 탐구 전략이다. 궁극적으로 과학자들을 흥분시키는 것은 복잡성이지 단순성이 아니다. 환원주의는 그 복잡성을 이해하는 유일한 방법이다. 환원주의 없이 복잡성을 추구하면 예술이 탄생하지만 환원주의로 무장하고 복잡성을 탐구하면 그것은 과학이 된다. - P114