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과학이라는 영역의 지형도를 그리다

과학의 지형도를 주제로 한 책. 과학이라는 거대하고 복잡한 분야의 형성 과정과 그것을 구성하는 부분들 간의 상호관계에 대해 세밀하게 살펴보고 있다. 과학이라는 영역의 이모저모에 대한 정보와 함께 과학에 대해 스스로 생각해 보는 기회를 제공한다. 과학을 가르치고 배우기 위한 책이 아니라, 과학을 바라보면서 과학에 대해 생각하고 나아가 과학을 어느 정도 다룰 수 있도록 돕고자 했다.

이 책은 우리가 들어 보았거나 심지어 이미 알고 있다고 생각하는 과학 이야기를 다시 끄집어내서 생각해 보도록 유도한다. 한 이야기와 다른 이야기, 한 영역과 다른 영역이 서로 어떻게 연결되는지 묻고 따져보면서 독자들이 스스로 과학의 지형도를 머릿속에 그려나갈 수 있도록 이끌어준다. 과학의 영토가 성장해 온 역사를 살펴보고, 주요한 분야들간의 관계를 짚어보면서 영역들 간의 소통과 상호작용을 시도한다.

왜 과학의 지형도가 문제인가?

오늘날 과학과 기술은 다양한 방식으로 우리 삶에 영향을 미친다. 과학에 대해 무관심한 채로 살아가는 일은 가능하다. 그러나 과학의 영향권 밖에서 사는 일은 불가능하다. 그렇다면 남은 선택은 자신의 삶뿐만 아니라 사회 전반에 영향을 미치고, 주요한 사회적 이슈를 제공하며, 때로는 엄청난 부가가치의 원천이 되기도 하는 과학에 대해 어느 정도의 정보와 감각을 가지고 살아갈 것인가 하는 문제일 것이다. 분명한 것은, 경제ㆍ행정ㆍ법률ㆍ언론ㆍ문학ㆍ영화ㆍ교육ㆍ산업…… 어느 분야에서든 오늘날의 사회에서 영향력 있는 활약을 펼칠 수 있을 조건으로 과학에 대한 정보와 감각이 핵심적인 요인으로 작용하기 시작했다는 사실이다. 그리고 앞으로도 이런 상황은 지속될 것이다. 그런데 여기서 한 가지 언급해 두어야 할 사항은 현대 사회에서 등장하는 중요한 문제 가운데 어느 한 특정 전문 분야의 역량 안에 놓이는 것은 거의 없다는 사실이다. 그렇다면 모든 상황에서 문제 해결의 전제 조건이 되는 것은 문제 상황과 관련된 전문 분야들간의 협력이다. 그리고 이런 협력이 제대로 작동하여 하나의 유효한 해결안이 산출되기 위해서는 상이한 관점과 방법론을 지닌 여러 전문 분야의 시각과 힘을 문제에 알맞은 방식으로 모으고 조정하는 코디네이션이 필요하다. 그리고 이것이 21세기 사회를 주도하게 될 팀웍의 기본 형태이다.
21세기형 팀웍 속에서 활약하기 위해서 우리가 갖춰야 할 요소는 무엇인가? 그것은 무엇보다도 먼저 고유의 전문성에 더하여 위에서 언급한 코디네이션을 가능하게 하는 메타적 조망의 능력, 다른 말로 표현한다면 문제가 놓인 영역의 지형도를 파악하고 한걸음 더 나아가 그것의 전개를 내다보는 능력이다. 이를 위해 앞으로의 사회에서는 수리적 사고에 뛰어난 법률가나 자연과학과 공학의 현황에 밝은 행정 전문가가 눈부신 활약을 보일 것이고, 풍부한 문학적, 예술적 소양을 토대로 자기 생각을 말과 글로 표현하는 데 뛰어난 능력을 지닌 물리학자ㆍ생물학자가 동료들을 이끌고 네트워크를 만들면서 그 분야의 주요 인물이 될 것이다.

이 책에서 필자는 과학이라는 거대하고 복잡한 분야의 형성 과정과 그것을 구성하는 부분들간의 상호관계에 대해 세밀하게 살펴보고 있다. 필자에 의하면 과학의 각 분야의 중요하고 흥미로운 문제는 대개 여러 영역에 걸쳐서 일어나고, 전문 분야간의 상호 작용은 정보의 교류와 상호 학습 그리고 때로는 상호 비판을 통해서 서로 교류하지 않았더라면 결코 생기지 않았을 효과들을 낳는다. 필자는 어느 과학도 혼자서 자연이나 세계 전체를 파악하지 못하며 심지어 장님들의 우화에 등장하는 코끼리 한 마리일지라도 그것을 완전히 파악할 수 있는 단일한 과학은 존재하지 않는다고 말한다.
이 책은 독자에게 과학이라는 영역의 이모저모에 대한 정보와 더불어 과학에 대해 스스로 생각해 보는 기회를 제공한다. 이 책은 과학을 가르치고 배우기 위한 책이 아니라 과학을 바라보면서 과학에 대해 생각하고 나아가 과학을 어느 정도 다룰 수 있도록 하기 위한 사려깊은 의도의 산물이다. 이 책은 우리가 들어 보았거나 심지어 이미 알고 있다고 생각하는 과학 이야기를 다시 끄집어내서 생각해 보도록 유도한다. 한 이야기와 다른 이야기, 한 영역과 다른 영역이 서로 어떻게 연결되는지 묻고, 따져보고, 그러면서 독자 스스로 과학의 지형도를 머릿속에 그려 나가도록 유도한다. 그리고 무엇보다도 이 책은 소통(communication)을 위한 책이다. 우선 읽는 이 자신의 머릿속에서, 독자들 상호간에, 그리고 그들이 개입하고 있거나 장차 개입하게 될 전문가들의 세계 전체의 수준에서 필자는 이 책이 영역들간의 소통과 상호작용을 좀더 활발하게 만드는 구실을 하기를 간절히 소망하고 있다. 과학을 배우는 것과 별도로 이렇게 과학을 들여다보고 과학에 대해 생각하는 일을 배우고 연습하는 것은 의미 있는 일인가? 필자는 그렇다고 확신한다.

들어가는 말 : 과학의 지형도?

01. 과학이란? : 과학자의 관점과 메타적 관점
진짜 과학과 사이비 과학?
과학의 자격 조건은 실험!?
과학적인 물음과 메타적 물음
빈 학단의 논리경험주의
토마스 쿤의 패러다임 이야기
역사로 눈을 돌리면서

02. 과학이 시작되던 장면 : 아르케 물음
"과학은 언제 어디서 시작되었나?" 라는 물음
"과학은 언제 시작되었나?"
밀레토스 3인방의 아르케 물음
아르케 물음의 발달
피타고라스와 수적 조화
고대 원자론자들
자연철학, 자연철학자

03. 아테네의 학문 : 플라톤과 아리스토텔레스
아테네 젊은이들의 야망 그리고 소프시트들
프로타고라스와 트라시마코스
소크라테스: a turning point
플라톤과 아리스토텔레스

04. 천문학 이야기 : 땅이 움직이는 것을 본 적이 있나? 아니면 하늘이?
天文, 하늘의 이치!
천동설과 지동설
프톨레마이오스의 우주
주전원: 원으로 수상한 궤도 구하기!
코페르니쿠스, 혁명의 불씨를 만들다
천문학의 혁명을 완수한 환상의 콤비: 티코와 케플러

05. 근대 역학, 기초를 닦다.
역학이라는 학문
천문학의 혁명과 갈릴레이
무엇이 돌멩이를 날아가게 하는가?
투사체 안에 새겨 넣어진 원인: 임페투스 이론
낙하 운동을 실험실 안으로 끌어들이다
갈릴레이는 왜 경사면을 그토록 매끄럽게 다듬었나?
이상화!

06. 뉴튼, 역학의 체계를 완성하다
천재! 그러나 그에게도 역시 대화가 중요했다
뉴튼 역학, 천계와 지계를 완전히 통일하다!
히포테세스 논 핑고!
뉴튼의 프리즘과 결정적 실험
살짝 끼워 넣지만 아주 중요한 이야기: 과학 단체의 성립

07. 연금술로부터 화학이 태어나던 이야기
오래고 넓은 연금술의 전통: 화학적 모태
연금술, 실패한 프로젝트?
의약화학의 발달과 원리화학의 등장
플로기스톤 이론
플로기스톤 이론의 약점

08. 라브와지에의 혁명과 새로운 화학
정량화학의 시작
기체화학의 발달: 공기가 여럿이 되다
산소의 발견자는 누구인가?
명명법의 개혁
이 이야기에서 읽어낼 수 있는 과학의 특성

09. 미시 세계에서 만난 새로운 물리학 : 양자역학
돌튼의 원자로부터
전자의 발견과 톰슨의 원자모형
알파입자 실험과 러더포드의 원자 모형
보어의 수소원자 모형: 새로운 이론의 시작
스펙트럼과 원자 구조 그리고 양지
보어 모형의 뒷이야기

10. 물질의 성질은 어디서 오나? : 화학과 물리학의 관계
물리적 변화 vs. 화학적 변화?
원자 이야기와 분자 이야기의 관계
루이스의 옥텟 규칙과 '8만들기' 게임
물리학이 분자 수준의 현상을 남김없이 설명해 줄까?: 양자화학 이야기
전문 분야의 정체는 공식에 담겨 있지 않다

11. 생명을 탐구하는 학문 : 조금 철학적인 토론
생명과학에 대한 정의들
꽃병 속의 꽃은 살아 있나?
개념과 의미에 관한 인간의 철학적인 토론

12. 생물학의 발달과 진화론의 등장
생물학의 모태가 된 자연사 연구
다윈의 『종의 기원』
다윈의 해답: 변이 - 경쟁 - 자연선택
다위니즘, 생물학의 울타리를 넘어

13. 현대 생물학의 세가지 가지 구성 요소
현대 생물학의 세 가지 구성 요소
멘델의 유전 연구
유전학이 세포 연구와 연결되다
모건, 초파리로 돌연변이의 비밀을 풀다

14. 생명현상을 물리학과 화학으로 설명할 수 있을까? :생명과학과 물리과학의 관계
기계론과 생기론
19세기의 상황과 생기론의 이른 몰락
근접인과와 궁극인과 그리고 생물학의 특수성
현대 생물학의 환원주의적 경향
DNA, 염기배열, 가타카
인간게놈프로젝트와 ELSI

맺는 말: 과학의 지형도를 그리며
학제적 연구
코끼리 만들기!: 통합의 개념

참고문헌
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