과학적 방법: 두 판 사이의 차이

 

과학적 방법을 따르는 여러 과학 분야는 결과에 대한 설명에 편견이 개입하는 것을 줄이기 위해 가능한 객관적이고자 한다. 과학적 문서는 모든 [[데이터]], 연구와 실험 방법 등을 기록하고, 이를 공개하여 다른 과학자들로 하여금 검증할 수 있는 기회를 제공하여야 한다. 흔히 '전면 공개'라 불리는 이러한 관행에 따라 공표된 데이터는 다른 시험자가 신뢰도를 평가할 수 있다.

 

== 개요 ==

=== 역사 ===

 

과학적 방법은 경험적 관찰과 측정을 이용하여 진리를 탐구한다. 아랍의 수학자이자 과학자였던 [[이븐 알하이삼]]은 과학적 방법을 사용한 최초의 과학자들 가운데 하나로 여겨지고 있다. 과학적 방법은 알하이삼 이래 오늘날까지 최소한 천 년 동안 이루어져 왔다.

 

=== 특성화 ===

 

특성화란 연구의 주제를 조작적으로 정의하고<ref group="주해">조작적 정의란 해당 연구 분야에서 다루는 개념을 정량화하여 측정할 수 있도록 정의하는 것을 의미한다. - 어빙코피 외, 박만준 역, 논리학입문, 경문사, 2000년, {{ISBN|89-420-0166-1}}, 89-90쪽</ref>, 해당 현상에 대한 측정의 단위와 방법을 정하는 것과 같은 작업이다. 과학적 방법은 연구 주제에 대한 세련된 특성화에 의존한다. 연구 주제는 해당 분야의 미해결 문제일 수도 있고 알려지지 않은 사실일 수도 있다. 예를 들어 [[벤저민 프랭클린]]은 [[세인트 엘모의 불]]이 [[자연]]적인 [[전기]]에 의한 방전 현상임을 증명하고자 하였다. 그러나 이것을 증명하는데에는 정밀한 관측과 측정 방법의 개발, 관련 주제에 대한 정의 등이 함께 이루어져야 하였다.

 

==== 불확정성 ====

과학에서 측정은 항상 [[불확정성]]에 대한 평가를 동반한다. 불확정성은 종종 요구되는 양에 대한 반복적인 측정으로 평가된다. 즉, 반복하여 측정된 양을 평가하여 계산함으로써 불확정성의 정도를 파악할 수 있다. 예를 들어 반복하여 측정된 양의 [[평균]]을 측정 값으로 정하는 것을 통해 [[오차]]의 범위를 정할 수 있다. 불확정성의 정도를 나타내는 지수로 측정불확도가 있다.<ref>[http://www.dbpia.co.kr/view/ar_view.asp?arid=635921 《분석과학》 제13권 제2호, 2000.4, page(s): 97-271], dbpia.com (유료), 2011년 8월 19일 읽어봄</ref>

 

 

==== 특성화의 사례: 수성의 근일점 이동 ====

 

연구의 영역이 확장되면 특성화의 요소도 확장될 수 있다. 수천년 전부터 [[칼데아]], [[인도]], [[페르시아]], [[아랍]], [[유럽]] 등지에서 이루어진 [[지구]]의 운동에 대한 측정은 고전 역학이 수립되면서 [[뉴턴의 운동 법칙]]으로 설명할 수 있게 되었다. 그러나, [[수성]]의 [[공전]] 궤도에서 [[근일점]]이 계속하여 이동하는 [[근일점 이동]]은 고전 역학으로는 설명할 수 없었다. 20세기에 들어 아인슈타인의 [[일반 상대성 이론]]이 정립되면서 태양의 중력으로 인해 시공 자체의 변화가 일어난다는 점이 밝혀졌고, 이에 따라 수성의 공전주기가 한 번 공전할 때마다 0.1초씩 줄어들어 100년이면 약 43초 가량 빨라진다는 것을 측정할 수 있었다.<ref>박석재 한국천문연구원 원장, [http://www.dongascience.com/info/contents.asp?mode=view&article_no=20060823133316 뉴턴역학으로 풀지 못한 수수께끼, 일반상대성이론의 예언 2], [[동아사이언스]], 1996년 02월 01일</ref>

 

==== 예측의 사례: 일반 상대성 이론 ====

 

아인슈타인은 [[일반 상대성 이론]]을 수립한 후 [[시공간]]의 구조에 대해 관측 가증한 몇 가지 특별한 예측을 발표하였다. 그 중에 하나는 [[빛]]이 [[중력장]]에 의해 휠 수 있다는 것이다. 일반 상대성 이론에 따르면 강력한 중력장은 시공간 자체를 변형시키기 때문에 빛 자체로서는 직진한다고 하더라도 제3의 관찰자 입장에서 보았을 때 진행 경로가 곡선일 수 있는 것이다. 예를 들어 [[블랙홀]]과 같은 매우 큰 중력장은 배경에 있는 천체에서 나온 빛의 진행에 영향을 주어 제3의 관찰자가 보기에 마치 [[렌즈]]를 통해 보는 것처럼 천체의 상(像)이 여러 개로 보일 수 있다. 이를 [[중력 렌즈]]라고 한다.<ref>[[과학동아]], 2007년 4월호,〈한국의 지구사냥꾼 나선다 - 미시중력렌즈로 우주 이잡듯 뒤져〉 ISBN ABD2007040</ref> [[아서 에딩턴]]은 1919년 개기 [[일식]] 때 실제로 중력 렌즈 현상을 관측하여 이를 입증하였다.<ref>In March 1917, the [[Royal Astronomical Society]] announced that on May 29, 1919, the occasion of a [[total eclipse]] of the sun would afford favorable conditions for testing Einstein's [[General theory of relativity]]. One expedition, to [[Sobral, Ceará]], [[Brazil]], and Eddington's expedition to the island of [[Principe]] yielded a set of photographs, which, when compared to photographs taken at [[Sobral, Ceará|Sobral]] and at [[Greenwich Observatory]] showed that the deviation of light was measured to be 1.69 [[arc-second]]s, as compared to Einstein's desk prediction of 1.75 [[arc-second]]s. — Antonina Vallentin (1954), ''Einstein'', as quoted by Samuel Rapport and Helen Wright (1965), ''Physics'', New York: Washington Square Press, pp 294-295.</ref>

==== 실험 통제의 사례:멘델의 실험 ====

{{참조|멘델의 유전법칙}}

 

멘델은 완두콩을 오랫동안 자가수분하여 특정한 유전형질이 고정된 순종을 얻었다. 그리고 일곱 가지 대립되는 유전형질을 선택하여 이를 잡종 교배할 경우 자식 세대에 발현되는 형질은 어떻게 되는지 관찰하였다.<ref>Mendel, G., 1866, Versuche über Pflanzen-Hybriden. Verh. Naturforsch. Ver. Brünn 4: 3–47 (in English in 1901, J. R. Hortic. Soc. 26: 1–32)</ref>

 

== 과학적 방법의 사례: DNA 연구 ==

{{참조|DNA}}

[[DNA]]의 구조에 대한 연구 사례를 통해 과학적 방법을 이용하여 새로운 과학 지식을 얻는 과정을 살펴 본다.

 

== 배경 학문 ==

 

{{본문|과학철학|과학사회학}}

 

=== 과학과 운 ===

 

과학적 발견 가운데 대략 35%에서 50%가 우연한 발견이었다. 이것은 과학자들이 왜 그리 행운을 바라는 지를 알 수 있게 해준다.<ref name=DunbarLuck>Dunbar, K., & Fugelsang, J. (2005). Causal thinking in science: How scientists and students interpret the unexpected. In M. E. Gorman, R. D. Tweney, D. Gooding & A. Kincannon (Eds.), Scientific and Technical Thinking (pp. 57-79). Mahwah, NJ: Lawrence Erlbaum Associates.</ref> [[루이 파스퇴르]]는 “행운은 준비된 자에게 찾아온다”는 명언을 남겼지만, 심리학자들은 준비된 자에게 찾아온다는 행운이 과학 지식에 어떠한 의미를 지니는 지를 연구하고 있다. 심리학의 연구 결과에 따르면 과학자들은 다양한 방법을 동원하여 실험을 하기 때문에 우연히 어떤 새로운 사실을 발견할 수 있는 경우의 수가 늘어난다고 한다.<ref name="DunbarLuck" /><ref name="Oliver, J.E. 1991">Oliver, J.E. (1991) Ch2. of The incomplete guide to the art of discovery. New York:NY, Columbia University Press.</ref> 경제학자 나심 니콜라스 탈레브는 개개의 연구는 인간적 오류나 실수 등의 위험 요소가 개입할 여지가 많지만, 과학적 방법은 반복적인 검증을 통해 이러한 위험을 제거하기 때문에 전체 시스템의 취약성을 보완한다고 하였다. 탈레브는 이를 “취약점 보완”({{lang|en|anti-fragility}})이라는 개념으로 정리하였다.<ref>Talib contributes a brief description of anti-fragility, http://www.edge.org/q2011/q11_3.html</ref>