앞선 글


진화와 창조에 관한 이야기(1)-들어가기



1. 과학을 보는 시선


젊은 지구 창조주의는 우주와 지구, 그리고 지구상의 모든 생명체는 신(Abrahamic God : 유대교, 크리스트교, 이슬람교 공통의 전 우주적 인격신)에 의해 6천년~1만년 전(이하 6천년으로 통일해서 지칭하겠음)의 과거에 탄생되었다고 주장하는 창조주의입니다.
젊은 지구 창조주의는 바이블은 문자 그대로 진리라고 하는 성서 문자주의(biblical literalism)에 그 근원을 두고 있습니다.
대략 미국민의 44%는 젊은 지구 창조주의를 믿고 있으며, 한국창조학회에서 인정하는 유일한 창조주의로서 이는 곧 개신교의 공식적인 창조주의가 젊은 지구 창조주의임을 의미합니다.

젊은 지주 창조주의에 대해 할 수 있는 평가는
잘 확립된 과학이론(well-corroborated scientific theory)에 위배된다. 입니다.

이 글에서 젊은 지구 창조주의의 오류에 대해 과학적으로 하나하나 따져들 계획은 없습니다. 젊은 지구 창조주의의 과학적 오류를 지적하는 것은 마치 허수아비를 때리는 것처럼 너무나도 쉬운 일입니다.
문제는 젊은 지구 창조주의자들은 과학 자체를 신뢰하지 않기 때문에 그 어떤 과학적 증거를 들어도 그들을 설득할 수 없습니다. 다시 말해 젊은 지구 창조주의자들에게 이야기할 것은 과학적 증거가 아니라 과학이란 무엇인가 하는 원론적인 질문부터 답을 해야 하며 이것이 이번 글의 주된 내용이 될 것입니다.

과학이란 무엇일까요? 과학자들은 어떤 일을 하는 걸까요?
질문이 쉬워질수록 답은 어려워집니다.

일반적인 과학에 대한 시선은 대체로 아래의 글과 같습니다.
딴지일보 독투불패의 익명의 공대생이 쓴 글로서 전문은
http://old.ddanzi.com/boards/board_view_main.asp?doc_no=73749&datekey=20091029&turnkey=35&startpage=13&article_id= 여기서 볼 수 있습니다.

..............................(전략)..........................
왜 패러다임 이라고 있잖습니까? 토마스 쿤인가 하는 양반이 써놓은...
과학이 단계적으로 계단 밟아 차곡차곡 올라가듯이 발전하기보다는 혁명적으로 소수가 사회를 자신들의 시각으로 개종(?) 시켜버리면서 움직여 간다. 뭐 그렇게 이해하는데, 저도 그 소리가 맞긴 맞는 것 같습니다. 아리스토텔레스->갈릴레오/뉴턴->아인슈타인 식으로 움직여갔던 물리를 보면 너무 맞는 이야기 같죠.
그런데 말입니다. 이 망할 패러다임이란 걸 수용하고 나면, 진리를 추구한다는 과학의 목표가 모호해질 수밖에 없다는 걸 느끼게 됩니다.
....................................(중략).............................
마치 고대 인류가 어디에서나 개나 소나 신을 믿었듯이 과학이란 것도 어떻게 보면 관찰과 실험에 무게를 두었다 뿐이지 인간 멋대로 절대 법칙이 존재할거라고 믿어버리는 것은 절대적 존재 신을 믿는 것하고 뭐가 다른가 생각합니다. 그냥 좀 발전된 세계를 이해하는 패러다임의 형태일 뿐?
.....................................(후략)...........................

“과학을 맹신하지 마라.” “과학자들은 이론을 맹신하는 경향이 있다.” 라는 표현은 바로 이러한 과학에 대한 시선을 반영한 말입니다.
이들에게 팩트는 누구나 사실로 인정하는 절대적 진리이지만 과학이론은 단지 (틀릴 수도 있는)그럴듯한 설명으로 팩트와 과학이론을 구분합니다.


2. 니콜 이론

앞선 글에서 팩트란 [인간이 감각기관을 통해 보편적으로 경험할 수 있는 자연현상] 으로 정의했습니다. 쉽게 말하자면 인간이 직접 보고 듣고 만질 수 있는 것을 팩트라고 한 것이지요.
하지만 이렇게 정의한 팩트라는 것은 매우 협소한 정의로서 당장 문제가 발생합니다. 예를 들어
“욕실 거울 앞에서 있으면 내 얼굴을 볼 수 있다.” 이것은 팩트일까요?
이 글에서 팩트라는 정의를 엄밀하게 적용한다면 위 명제는 팩트가 아닙니다. 왜냐하면 인간은 자신의 얼굴을 직접 볼 수 없습니다. 자신의 눈은 자신의 얼굴 중 극히 일부분(코나 입의 일부)만 볼 수 있으며 절대로 얼굴 전체를 직접 관찰할 수 없습니다.
실제로 많은 동물들은 거울에 비친 모습을 자기 자신으로 인식하지 못합니다.

그렇다면 왜 나는 거울에 비친 얼굴이 내 얼굴이라는 것은 확신하는 것일까요?
이것을 과학의 언어로 구성해 봅시다.

여기에 생전 처음으로 거울을 접한 사람(니콜이라고 부릅시다.)이 있다고 합시다.(어린 아기가 대표적인 예가 될 것입니다.)
처음에 니콜은 거울에 비친 모습이 자신임을 인식하지 못합니다. 하지만 거울속의 인간은 자신의 행동을 그대로 따라한다는 것을 알아차립니다. 즉 규칙성을 발견하게 되는 것이지요. 여기까지는 이 글에서 정의한 팩트 그 자체입니다. 니콜은 자신의 눈으로 거울 속의 인간이 자신의 행동을 그대로 따라한다는 것을 확인합니다.

이제 니콜은 가설(hypothesis) 을 세웁니다.
“거울 속에 보이는 인간은 나 자신의 모습이다.”
즉 니콜은 자신의 눈으로 거울 속의 인간이 자신의 행동을 그대로 따라한다는 팩트를 토대로 하여 “거울은 자신의 모습을 비춘다.”라고 하는 가설을 주장하는 것입니다.
그리고 니콜은 이 가설을 테스트합니다. 먼저 언니 승연에게 자신의 모습과 거울 속의 모습이 똑같은 지 확인합니다. 한 번의 테스트로는 자신의 가설의 정당성을 확보할 수 없으니  하라, 규리, 지영 에게 역시 이 사실을 테스트합니다.
이것으로도 부족해서 니콜은 서현, 태연, 제시카, 소희, 선미 등등에게 수많은 테스트를 하였고 이를 통해 자신의 가설이 옳다는 것은 확신하게 됩니다.

즉 “거울 속의 보이는 인간은 나 자신의 모습이다.”라는 니콜의 가설은 수많은 테스트를 통해 과학이론(scientific theory) 이 된 것입니다.
똑똑한 니콜은 이것을 더욱 확장하여 자신의 모습뿐만 아니라 거울에 비친 모든 물체는 원래 물체와 동일한 모습이라는 이론을 세웁니다. 이 이론을 “니콜 이론”이라고 부릅시다.
니콜 이론은 니콜이 살아가면서 수없이 테스트할 수 있고 항상 성립한다는 것을 니콜은 확인할 것입니다.

니콜 이론 즉, 거울에 비친 물체의 모습이 원래 것과 같다는 것은 누구나 다 알고 있는 사실이며 모든 사람들은 이것을 팩트로 인정할 것입니다. 니콜은 자신의 얼굴을 직접 볼 수는 없지만 니콜 이론에 의해 거울을 이용해 자신의 얼굴을 관찰하며 이것이 팩트라는 것을 추호도 의심하지 않습니다.

물리학자들은 니콜 이론을 발전시켜 기하광학이라는 이론을 만들었습니다. 기하광학은 거울뿐 아니라 망원경과 현미경으로 관찰한 것 역시 눈으로 직접 관찰한 것과 같다는 것을 보장해주는 과학이론입니다. 망원경으로 본 것이 직접 본 것과 같다는 것은 지금은 당연한 이야기처럼 생각되지만 갈릴레오 시절 일부 예수회 학자들은 결코 인정하지 않았던 것입니다.
거울, 망원경, 현미경으로 관찰한 것을 맨눈으로 직접 본 것과 동일한 팩트로 인정한다면 기하광학이라는 과학이론 역시 팩트로 인정할 수 밖에 없습니다.

이제 “우리 주위의 물체는 모두 원자로 구성되어있다.” 라는 원자이론을 생각해봅시다.
원자론은 팩트인가요? 아니면 과학이론인가요?

빛의 파장보다 작은 물체는 눈으로 직접 보는 것이 불가능합니다. 즉 원자는 그 어떤 방법을 쓰더라도 절대로 인간의 눈으로 직접 볼 수 없습니다.
따라서 원자이론은 이 글의 정의에 따르면 팩트가 아닙니다.

비록 원자를 눈으로 볼 수는 없지만 전자현미경으로 관찰할 수 있습니다. 이때의 관찰은 눈으로 보는 것이 아닌 손으로 더듬는 것이라고 할 수 있습니다. 물론 인간의 손을 사용하는 것이 아닌 전자공학을 이용해서 만든 탐침(probe 플토의 그 프루브입니다.)으로 원자들을 더듬는 것이지요. 맹인이 물체를 더듬은 후 그 물체를 그려내는 것처럼 인간은 탐침에서의 전기신호를 물리학 이론을 통해 눈으로 볼 수 있게 그려냅니다.
만일 원자에 대해 전혀 알지 못하는, 단지 전자현미경의 사용법만을 알고 있는 사람은 이러한 측정데이터를 원자와 아무런 연관을 짓지 못합니다. 그는 그저 탐침의 위치에 따라 탐침에 흐르는 전류가 달라진다는 것을 확인할 뿐입니다.


그림1 금 원자들의 STM 영상. 금색으로 보이지만 금 원자 자체는 색깔이라는 개념이 없다.

어디까지가 팩트이고 어떤 것이 과학이론인가? 이 구별은 자신의 과학 지식의 정도에 따라서 달라집니다.

니콜에게 거울이 자기 모습을 비춘다는 것은 팩트이지만 대부분의 동물들에게는 팩트가 아닙니다.
갈릴레오에게 있어서 망원경으로 본 달의 모습은 팩트이지만 예수회 학자에게는 팩트가 아니었습니다.
물리학자들은 거품상자의 궤적에서 아원자 입자들의 생성과 소멸을 보지만 비전문가들에게는 그저 어린아이의 낙서처럼 보일뿐입니다.


그림2 거품상자에서 기록된 입자들의 궤적. 비전문가들에게는 의미없는 줄무늬지만 물리학자의 눈에는 매력쿼크(charm quark)를 발견해낸 역사적인 관찰이다.

팩트와 과학이론을 엄밀히 구분하는 것은 애초부터 불가능합니다. 맨 첫 글에서 팩트와 과학이론을 구분해서 정의했지만 이런 식의 구분은 사실상 무의미합니다.
젊은 지구 창조주의자에게 있어 팩트는 항상 믿을 수 있는것, 과학이론은 틀릴 수도 있는 것 이지만 이러한 개념은 그 출발부터 잘못되었습니다.
인간의 감각기관이 지각할 수 있는 범위는 매우 한정되어있어 오직 보고 듣고 만져본 것만을 팩트로 취급하는 것은 동물이나 원시인들의 사고방식과 같습니다.
하지만 이 말은 “무식한 비전문가들은 그저 입 닥치고 똑똑한 과학자말만 믿어라.”는 의미가 아닙니다.
이제부터 팩트와 과학이론을 엄밀히 구분하기보다는 과학이론 그 자체의 신뢰성에 대해 초점을 맞출 것을 의미합니다.
과학이론이 뒤집어 질 수 있다면 팩트 역시 뒤집어 집니다.


3. 패러다임

아리스토텔레스 역학과 천동설은 무려 2천년 동안 옳은 이론이라고 여겨졌습니다.
지구가 스스로 자전하고 태양 주위를 공전하고 있다는 사실은 뉴턴 역학 이전에는 완전히 말도 안 되는 엉터리 얘기였습니다.
고대인들에게 지구가 정지해 있다는 것은 거울에 비친 내 모습을 확인하는 것과 똑같이 명백한 팩트였습니다. 즉 아리스토텔레스 역학과 프톨레마이오스의 천동설은 과학이론인 동시에 팩트였습니다.
하지만 아리스토텔레스 역학은 뉴턴 역학에 의해 완전히 부정되었지요. 쿤의 표현을 빌리자면 패러다임의 전환이라고 하겠습니다.

2천년 이라는 오랜 기간 동안 진리라고 믿어졌던 팩트가 한순간에 뒤집히는 일이 오늘날에도 적용되지 않으리라는 법이 있을까요?
과학이 매우 발달한 먼 미래에는 지금까지의 과학이론이 한순간에 뒤집히는 그런 일이 일어날까요?
모든 과학이론이 전부 뒤집히지는 않을 것이지만 몇 몇 과학이론은 분명히 새로운 과학에 의해 전복되지 않을까요?
바로 이것이 젊은 지구 창조주의자들의 과학에 대한 핵심적인 의문입니다.

젊은 지구 창조주의자들은 “어떤 과학이론이라도 언젠가는 틀린 것이라고 판명될 수 있다.“라고 주장을 하는데 이러한 주장의 근거로서 토마스 쿤의 과학혁명의 구조 라는 책이 기여한 바도 상당히 크지요.

이러한 젊은 지구 창조주의자들의 주장을 해결해주는 듯 보이는 손쉬운 방법은 아리스토텔레스 역학을 과학이 아니라고 규정하면 됩니다.
그러면 또 다시 의문이 필연적으로 따라옵니다.
“도대체 과학이란 무엇인가?”

지금까지의 과학철학은 과학을 어떻게 정의할 것인가에 매달려 있어 주요한 논쟁이 벌어졌습니다. 즉 어디까지를 과학이라고 부를 것인가? 이 질문에 대한 답을 구하려는 노력이 포퍼, 쿤, 라카토스, 파이어아벤트 로 대표되는 과학철학자들의 주된 논쟁거리였습니다.
이러한 결론 없는 문제에 대한 답을 글쓴이가 가지고 있을 리 없습니다.

그 대신 이 의문을 다음과 같이 바꿔봅시다.
“그렇다면 아리스토텔레스 역학처럼 완전히 뒤집히는 이론과 기하광학(거울에 비친 모습이 자신의 모습과 동일하다는 것)처럼 절대 뒤집히지 않는 과학이론은 어떻게 구분할 것인가?”

쿤 그리고 파이어아벤트의 견해로는 과학은 패러다임의 전환으로서 현재의 물리학은 아리스토텔레스 역학-뉴턴 역학-상대성 이론(혹은 양자역학) 으로 변화되었으며 이것은 발전이라는 개념이 아닌 관점의 전환 이라고 주장합니다.

아리스토텔레스 역학에서는 힘이 존재해야 물체가 움직일 수 있습니다. 예컨대 야구공을 던지면 멀리 날아가는 이유는 야구공 주위의 공기가 공을 뒤에서 계속 밀어주기 때문에 야구공이 움직이는 것이라고 아리스토텔레스는 설명합니다.
따라서 진공에서도(예를 들면 달 표면) 야구공이 날아간다면 이것은 아리스토텔레스 역학으로는 결코 해결할 수 없는 문제입니다.

그렇다면 뉴턴 역학은 이것을 해결해 줄까요? 꽤나 놀랍게도 뉴턴 역학은 이러한 문제 자체가 아예 존재하지 않습니다.
뉴턴 역학의 체계에서는 움직이는 물체는 원래 계속 움직이기 때문입니다!!!(관성의 법칙)

따라서 아리스토텔레스 역학과 뉴턴 역학에서 힘이란 전혀 다른 언어입니다. 뉴턴 역학에서 힘이란 물체의 속도를 변화시켜주는 것입니다. 서로 다른 언어를 쓰는 사람과는 대화가 되지 않지요. 두 체계는 서로 설득되지 않고 평행선을 달리는 주장을 되풀이 할 뿐입니다.
심지어 같은 실험 결과를 두고서 아리스토텔레스 역학과 뉴턴 역학 모두 이 실험결과는 자신의 체계를 지지한다고 말합니다.

예를 들어 피사의 사탑에서 돌을 떨어뜨리면 탑 바로 밑으로 떨어집니다. 아리스토텔레스 역학에서는 지구가 정지해 있으므로 당연한 결과입니다. 만일 지구가 자전한다면 탑은 지구위에 있으므로 움직이지만 돌은 그렇지 않으므로 탑에서 한참 벗어난 곳에 돌이 떨어질 것이라고 아리스토텔레스 역학은 말합니다.

하지만 뉴턴 역학에서도 똑같이 이 현상을 설명할 수 있습니다. 지구가 자전할 때 돌 역시 같은 속도로 자전하고 관성의 법칙에 의해 떨어진 후에도 지구와 같은 옆 방향의 속도를 가지고 결과적으로 지구의 자전방향으로 탑과 돌은 같이 움직입니다. 그 결과로 돌은 탑 바로 밑으로 떨어질 수 있는 것이지요.
즉 같은 실험 결과가 아리스토텔레스 역학을 지지해주는 동시에 뉴턴 역학도 지지합니다.

이와 똑같은 관점의 변화가 뉴턴 역학과 상대성이론에서도 나타납니다.
뉴턴 역학의 체계에서는 빛의 속도가 관찰자의 상태와 관계없이 언제가 똑같다는 사실은 결코 해결할 수 없는 미스터리였습니다.
그렇다면 상대성이론은 이 문제를 어떻게 해결해 줄까요?
이제 여러분은 답을 짐작할 수 있을 겁니다. 상대성이론에서는 이러한 문제 자체가 존재하지 않습니다. 상대성이론에서의 기본가정이 바로 “빛의 속도는 누가 관찰하든 똑같다.” 는 것입니다!!!

쿤과 파이어아벤트는 이러한 점을 주목하여 아리스토텔레스 역학과 뉴턴 역학은 서로 양립불가능하며(incommensurable) 마찬가지로 뉴턴 역학과 상대성이론은 서로 양립불가능하다고 주장합니다. 즉 과학은 한 체계에서 다른 체계로 발전적으로 변화하는 것이 아닌 한 체계를 완전히 포기하고 다른 체계로의 전환하는 것이며 이것은 종교적 개종에 비유될 수 있다고 말합니다. 파이어아벤트는 여기서 더욱 나아가 그 어떤 것도 과학이 될 수 있다는 극단적인 주장을 합니다.

이러한 쿤과 파이어아벤트의 주장을 젊은 지구 창조주의자들은 자신을 지지해주는 기둥으로 여깁니다. 현재의 과학과 젊은 지구 창조주의는 모순되지만 종교적 개종이나 다름없는 패러다임의 전환이 일어나면 우주와 지구의 나이가 언젠가는 6천년이라는 것이 사실로 증명될 것이라고 생각하는 것이지요.


4. 자연현상의 통합(unification)

하지만 아리스토텔레스 역학==>뉴턴 역학 으로의 패러다임 전환과 뉴턴 역학==>상대성 이론 으로의 패러다임 전환을 정말로 동일한 선상에서 비교할 수 있을까요?
뉴턴 역학은 오늘날에도 여전히 가르치고 있지만 아리스토텔레스 역학은 역사, 철학 강의를 제외하면 아무데서도 가르치지 않습니다.
그렇다면 먼 미래에는 뉴턴 역학 역시 과학의 범주에서 사라지고 역사 시간에나 배우는 그러한 과거의 유물로 몰락하게 될까요?

이 질문에 대한 물리학자들의 대답은 단호합니다.
“인류가 존재하는 한 언제나 물리학의 첫 수업은 뉴턴 역학” 이라고 말입니다. 거울 속에 비친 모습이 나의 모습과 같다는 사실이 절대 뒤집히지 않듯이 뉴턴 역학은 절대 폐기되지 않습니다.

그렇다면 아리스토텔레스 역학==>뉴턴 역학 으로의 전환은 뉴턴 역학==>상대성 이론 으로의 전환과 어떤 점에서 구분될까요?
이 의문을 해결하는 핵심적인 개념은 자연현상의 통합(unification) 입니다.

흔히들 오해하는 것이 과학을 “왜” 라는 질문에 답을 해준다고 생각합니다. 하지만 위에서도 살펴보았듯이 과학은 “왜”라는 의문에 답을 해주지 않습니다.
“왜 진공 중에서도 물체는 움직일 수가 있지?”
“왜 빛의 속도는 언제나 똑같지?”
뉴턴 역학과 상대성 이론은 이러한 의문을 해결해 주지 못합니다.
과학이 추구하는 것은 “왜” 라는 질문에 대한 답을 하는 것이 아닙니다. 과학의 목적은 [서로 다르게 보이는 현상이 사실은 같은 원리이다.] 라고 말해 주는 것입니다.

아리스토텔레스 역학은 태양, 달, 행성, 별을 하나로 통합해 모두 천구(celestial sphere) 위에서 영구히 원운동을 하는 천상의 물체로 규정했습니다. 프톨레마이오스의 천동설은 아리스토텔레스 역학을 수학적으로 엄밀하게 만든 것입니다.(천동설은 관측된 행성의 운동을 대단한 정확도로 예측합니다.)
천상의 물체와 반대로 지상의 물체는 모두 지구의 중심으로 끌리며, 물체의 가장 자연스러운 상태는 정지한 상태라고 주장합니다.

뉴턴 역학의 핵심은 정지한 것과 일정한 속도로 움직이는 것이 동일하다는 것입니다(관성의 법칙). 또한 뉴턴의 중력이론은 지구가 사과를 당기는 힘, 지구가 달을 돌게 만드는 힘, 태양이 행성을 공전하게 만드는 힘이 모두가 동일한 것이라는 밝혔습니다.
이러한 통합은 또 다른 통합, 지구와 달, 금성, 화성, 목성 등의 행성 그리고 목성의 위성들이 같은 법칙을 따라 움직인다는 통합으로 이어집니다.

아리스토텔레스 역학과 뉴턴 역학 모두 “서로 다르게 보이는 현상들이 원래는 같다”는 것, 즉 통합을 주장하고 있습니다.
그리고 잘 알다시피 아리스토텔레스 역학과 뉴턴 역학은 양립할 수 없습니다. 한쪽이 맞으면 다른 한쪽은 반드시 틀렸습니다. 아리스토텔레스 역학에서 이룬 통합과 뉴턴 역학에서 이룬 통합은 서로를 부정합니다.
이런 경우 바로 쿤의 패러다임 전환이 일어나는 것이며 종교적 개종에 비유할 수 있습니다.

그렇다면 뉴턴 역학==>상대성 이론 으로의 패러다임 전환을 살펴봅시다.
상대성 이론은 시간과 공간의 통합을 주장합니다. 하지만 상대론은 뉴턴 역학의 통합(정지 상태와 등속도 상태)을 부정하지 않습니다. 상대성 이론에서의 통합은 뉴턴의 통합을 그대로 유지하면서 시간과 공간의 영역까지 더 확장시킨 것입니다.
이 결과로 상대성 이론에서는 전기장과 자기장의 통합, 운동량과 에너지와 질량의 통합 역시 자연스럽게 이루어집니다.

정리하자면
아리스토텔레스 : A와 B는 사실 같은 거임.
뉴턴 : 노노!! 님 틀렸음. A는 C와 같은 거임.
아인슈타인 : A는 C와 같은 건 맞는데 D와 E도 A와 같은 거임.

이러한 의미에서 아리스토텔레스 역학==>뉴턴 역학 으로의 변화는 패러다임의 전환(switch) 이라고 표현할 수 있겠지만 뉴턴 역학==>상대성이론 은 패러다임의 확장(expansion) 이라고 해야 더 올바른 용어가 될 것입니다. 이때 패러다임이란 통합 즉 “서로 다르게 보이는 현상들이 같은 원리”라는 것을 인식하게 해주는 틀(frame)로 규정할 수 있습니다.

과학의 발전은 바로 이 패러다임의 전환과 확장으로 이루어집니다. 패러다임의 전환은 쿤의 주장과 흡사하며, 패러다임의 확장은 라카토스의 진보된 연구 프로그램(progressive research program)과 유사한 의미입니다.
진보된 연구 프로그램이란 기존의 과학이론을 포함하면서도 옛 이론이 설명하지 못하는 혹은 생각하지 못한 것을 예측하는 발전된 과학이론을 일컫습니다.

이 패러다임의 전환과 확장, 이 두 가지를 구분하는 것이 과학을 이해하는 핵심이 됩니다.

이것을 니콜 이론에 적용해 봅시다.
거울을 전혀 모르는 사람은 자신의 얼굴을 평생 볼 수 없다고 믿을 것입니다.
하지만 니콜 이론을 통해 “인간은 자신의 얼굴을 볼 수 없다.”는 이론은 폐기됩니다.(패러다임의 전환)
니콜 이론에서 발전한 기하광학은 페르마의 원리, 즉 “빛은 최소시간이 되는 경로를 따라 이동한다.” 라는 원리를 통해 거울의 반사, 렌즈에서의 굴절을 하나의 같은 원리로서 이해합니다.(패러다임의 확장1)
하지만 기하광학은 빛의 파장과 비슷하거나 작은 크기의 물체에 대해서는 더 이상 성립하지 않습니다. 즉 빛의 파장보다 작은 물체는 더 이상 거울에 자신의 모습을 비출 수 없습니다.
니콜 이론이 성립하지 않는 영역인 것이지요.
이것을 해결하기 위해서는 파동광학이 필요합니다. 빛을 파장이 짧은 파동으로 취급하는 과학이론으로서 빛과 파동현상을 통합한 것입니다.(패러다임의 확장2)

현재 과학자들은 뉴턴 역학이 제대로 작동하지 않는 많은 영역들을 알고 있습니다.
속도가 매우 빠른 영역은 시간과 공간을 통합한 특수 상대성 이론이 필요합니다.
중력이 매우 강한 영역은 중력과 시공간 구조를 통합한 일반 상대성 이론이 쓰입니다.
분자와 원자의 영역에서는 입자현상과 파동현상을 통합한 양자역학이 필요합니다.
이 모든 경우에도 불구하고 여전히 뉴턴 역학은 여전히 물리학의 기초가 되며, 천만년이 지나도 여전히 뉴턴 역학은 모든 물리학의 기초가 되리라는 것은 절대적으로 확신할 수 있습니다. 그 어떤 물리학도 전부 뉴턴 역학이 이루어낸 통합을 기초로 해서 성립합니다.

이런 의미에서 뉴턴 역학은 모든 물리학의 주춧돌이라고 할 수 있습니다.
아리스토텔레스 역학에서 뉴턴 역학으로 전환은 올바른 주춧돌을 찾는 2천년 동안의 기나긴 과정이었습니다. 뉴턴 역학이후의 과학은 올바른 주춧돌을 바탕으로 하나하나 건물을 쌓아가는 과정이라고 할 수 있습니다.
물리학의 궁극적인 목표는 자연의 모든 현상을 손수건 한 장에 적을 수 있는 단 하나의 원리로 설명하는 것(실제로 그런 원리가 존재하는지에 대해서는 논외로 칩시다.)이 될 것입니다.
만일 그러한 이론을 만들어 낸다면 그것은 “모든 것의 이론(theory of everything)"이라고 불릴 것이며 통합(unification)의 끝이 될 것입니다.

(힉스입자와 통합에 관련 된 글쓴이의 글을 보려면 요기)
https://pgr21.com/zboard4/zboard.php?id=freedom&page=1&sn1=&divpage=2&sn=on&ss=off&sc=off&keyword=%B9%DD%B4%EB%C4%AA&select_arrange=headnum&desc=asc&no=8504

5. 경계의 모호함

하지만 또 다른 미묘한 문제가 있습니다.
“뉴턴 역학은 그렇다 치더라도 다른 모든 과학이론이 뉴턴 역학과 동일한 지위를 갖는 것은 아니다. 뉴턴 역학처럼 잘 확립된 과학이론과 그렇지 않은 과학 이론을 어떻게 구분할 것인가?”
젊은 지구 창조주의자들은 방사능 연대측정, 우주의 팽창에 따른 별빛의 적색이동 등을 뉴턴 역학과 동일하게 평가하지 않습니다.

예를 들어 초끈(superstring) 가설(흔히 초끈 이론이라고 알려져 있지만 이 가설은 전혀 실험적으로 증명되지 않았으므로 이 글의 정의에 의해 초끈 가설이라고 쓸 것입니다. 개인적으로는 여분의 차원(extra dimension) 가설이라는 용어를 선호합니다.)은 자연에 존재하는 모든 입자와 힘을 통합하는 매우 강력한 통합 이론이며 현재 입자이론물리학의 주류이론입니다. 일부 학자들에게서는 “모든 것의 이론”에 가장 근접했다고 평가받는 초끈 가설이지만 앞으로의 실험 결과에 따라 초끈 가설은 쓰레기통으로 폐기될 수도 있습니다.

또 다른 예로 현재 입자물리학의 주류 이론인 표준모형(standard model)은 힉스입자(Higgs particle)를 제외하고는 대단히 잘 테스트되어있습니다. 하지만 힉스입자가 발견되지 않는다면 표준모형은 큰 타격을 받게 될 것이며 표준모형이 완전히 폐기되지는 않지만 상당부분 수정이 필요합니다.

이처럼 모든 과학이론이 뉴턴 역학처럼 잘 확립된 과학이론의 지위를 갖는 것은 아닙니다.
그리고 젊은 지구 창조주의자들은 지구와 우주의 나이 측정을 잘 확립된 과학이론으로 보지 않습니다.

잘 확립된 과학이론과 그렇지 않은 과학이론을 구분하는 것, 이것은 과학과 비과학을 구분하려는 시도와 결국엔 동일한 문제가 됩니다.
“어디까지가 과학인가?“
과학과 비과학의 경계를 긋기 위해 수많은 과학철학자들이 노력했지만 이견 없이 모두가 동의하는 기준은 아무도 만들지 못했습니다. 항상 예외는 존재합니다.
마찬가지로 깨어지지 않는 잘 확립된 과학이론의 범위를 규정하는 것 역시 성공적이 못할 것이 분명합니다.
그렇다면 지금까지의 이 기나긴 논의는 전부 헛된 것일까요?

이 문제를 해결하는 핵심개념은 연속성, 혹은 경계의 모호함입니다.
쉬운 예를 들어보도록 합시다.

한국에서 법적으로 미성년자와 성인을 구분하는 기준은 만 19세 생일을 기점으로 합니다.
생물학적으로 볼 때 만 19세 이상이면 육체적 정신적으로 성숙하였다는 근거로 판단한 것이지요.
하지만 생물학적으로 엄밀하게 미성년자와 성인을 구분하는 명확한 기준을 세울 수 있을까요?
만 19세 생일 하루 전의 니콜과 생일이 이틀 지난 니콜은 생물학적으로 어떤 차이가 있나요?
미드 빅뱅이론에 등장하는 칼텍 물리학과 쉘든 쿠퍼 박사의 정신연령은 대여섯 살 어린이와 비슷합니다. 생물학적으로 쉘든은 성인인가요? 미성년자인가요?

답은 여러분들도 잘 알다시피 생물학적으로 성인과 미성년자를 구분하는 엄밀한 기준이란 존재하지 않습니다. 그 어떤 기준을 마련하더라도 적용하기 힘든 사례가 반드시 나옵니다.
그럼에도 불구하고 우리는 빵꾸똥꾸를 외치는 해리는 미성년자임을 분명하게 알 수 있으며,  4대강을 외치는 가카는 성인임을 분명하게 압니다.

자연 현상 뿐만 아니라 우리 주변의 수많은 것들은 경계가 모호한, 연속적으로 변합니다.
전자기파는 적외선, 가시광선, 자외선 등등으로 나눌 수 있지만 분명한 경계는 없습니다. 그렇지만 500 nm의 녹색광선은 가시광선 영역의 전자기파임을 분명하게 말할 수 있습니다.


그림3 어디까지가 빨간색인가?

과학이론의 신뢰성도 이러한 연속성을 가집니다.

한쪽 끝에는 뉴턴 역학, 기하광학, 상대성 이론과 같이 절대 뒤집어지지 않는 잘 확립된 과학이론이 있습니다.
다른 쪽 끝에는 초끈 가설, 다중 우주, 웜홀 과 같은 아직 증명되지 않은 가설이 있습니다.
입자물리학의 표준모형은 경계에 위치해 있다고 대략 말할 수 있습니다.

모든 과학이론은 잘 확립된 과학이론과 가설 사이에 존재합니다. 가설은 실험과 검증을 통해 폐기될 수도 있고 잘 확립된 과학의 영역으로 들어올 수도 있습니다.
우리는 잘 확립된 과학이론과 가설 사이의 분명한 경계를 그을 수 는 없지만 뉴턴 역학과 우주의 나이