현대 과학: 두 판 사이의 차이

 

== 특징 ==

{{본문|거대과학}}

제2차 세계 대전 이후에 발전된 과학의 두드러진 특징 가운데 하나는 연구의 규모가 거대화되었다는 것이다. 과거처럼 개인이나 작은 집단에 의해서 연구가 수행되는 것이 아니라 현재는 하나의 프로젝트를 전세계에서 수백, 수천 명의 과학자들이 협동하여 연구한다<ref name="ReferenceA">《현대사회와 과학 연구》, 존 피터 디킨슨 저, 황정남 역, 나남, 1989., 118페이지</ref>.

 

20세기 후반에는 분자 생물학 분야를 선도하고 있던 [[스탠포드 대학교]]의 생물학자들이 [[실리콘 밸리]]에 유전 공학 밴처 기업을 창업하면서 수많은 생명 공학 회사들이 줄줄이 세워지고, 오늘날 세계적 공학 기업들이 밀집하게 되었다. 실리콘 밸리가 이렇게 정부, 기업체, 대학교의 긴밀한 연계로 21세기 정보기술과 생명공학의 메카가 되자, 세계 각 국가들도 이에 자극을 받아 첨단 산업 단지 조성에 힘쓰고 있다<ref>《과학사》, 한국교원대학교 과학교육연구소 저, 천재교육(교육인적자원부), 2003., 255페이지</ref>.

 

근대 과학이 발전해 가면서 과학은 계속 전문화ㆍ세분화되고, 다양한 과학들이 환원주의적 사고에 입각하여 연구 주제의 크기에 따라 정리되었다. 이러한 기조아래 작은 것의 성질이 큰 것들의 행동을 규정한다고 여겨졌기 때문에, 가장 작은 실체를 다루는 [[물리학]]이 가장 기본적인 과학이고 그 다음에 [[화학]], [[생물학]], 위로 가서 [[심리학]], [[사회학]]이 배치되었다. 이러한 과학의 구분은 지식의 근본적인 구분이며 자연, 정신, 사회의 실제 질서를 반영하는 것으로 인식되어 대학교의 학과도 이런 방식으로 분류되어 갔다.

 

'''[[인지과학]]'''은 [[생물학]]과 [[철학]], [[심리학]], [[언어학]] 등의 인문사회과학, [[수학]], [[물리학]], [[공학]] 등에서의 정량적 도구 및 기초이론, 그리고 컴퓨터과학 및 인공지능 분야에서의 정보처리와 관련된 개념을 통합하여 태동된 학제간 연구의 대표적인 예이다. 최근에 대한민국의 여러 대학교에서 설치된 [[생물정보학]] 센터 역시 컴퓨터를 이용한 가상 세포와 인공 세포 구현을 목표로 생물학, 수학, 통계학, 컴퓨터공학, 물리학, 화학 분야 과학자들이 참여하고 있다. 나노 기술 분야도 분자 기계를 만드는 화학자, 설계 프로그램을 만드는 컴퓨터 과학자, 분자의 위치를 정확하게 조정하는 주사 터널링 현미경 기술자 등 여러 분야가 연관되는 미래 과학의 형태인 것이다<ref name="ReferenceB"/>.

 

자연 현상에 대한 체계적인 과학 지식이 인간의 물질 생활을 위한 기술과 연결되기 시작한 것은 [[과학 혁명]]기부터였다. 그러나 처음에는 아직 일반적인 과학 이론을 구체적으로 기술적 문제 해결에 이용하는 형태는 아니었다. 과학적 발견이 현대와 같이 직접적으로 또 신속하게 산업 기술에 응용되기 시작한 것은 19세기 중반 부터이다. 오늘날 과학에서의 발견은 즉각 기술에 이용되며, 기술의 협조 없이는 과학의 발전을 생각할 수 없는 등 과학과 기술 간의 구분도 무의미해졌다. 과학이 산업 기술에 새로운 이론을 제공하는 수준을 넘어서, 산업체가 먼저 과학에 문제를 의뢰하고 경제적 지원을 제공하고 나아가서 산업체가 직접 과학 연구를 수행하기도 한다.

 

처음 과학과 기술이 결합된 분야는 당시의 새로운 과학 분야인 [[유기화학]]과 [[전자기학]] 지식을 바탕으로 하는 화학 염료 공업과 전기 공업이었다. 특히, 미국에서 일어난 전기 공업은 관련 과학 지식에 전적으로 의존하였기 때문에 많은 전기 공업 분야 회사들이 연구소를 설립하였다. 오늘날 세계적 과학 연구소로 알려진 미국의 [[제너럴 일렉트릭]] 연구소와 [[벨 연구소]]도 이런 식으로 설립된 것이다. 이들 연구소에서는 실용적 연구에 못지 않게 기초적인 연구도 이루어졌다. 순수 연구는 당장 활용 가능하지 않아도 훗날 응용처가 종종 나타나기 때문이다. [[원자력]] 에너지, [[컴퓨터]], [[유전공학]]은 이렇게 연구되었던 [[양자역학]], [[반도체]] 이론, [[유전학]] 지식이 후에 응용된 좋은 예이다.<ref>《현대 사회와 과학》, 김명자, 동아출판사, 1992., 273-296페이지.</ref>

 

[[과학 혁명]] 전까지 자연 과학의 지식 체계는 [[아리스토텔레스]]의 규범과 과학 분야 사이의 논리 관계에 따라 확립되었다. 이 시기에는 과학 기구 없이 마음과 생각의 논리적 질서를 이용하여 자연 현상을 탐구하였다. 그러다 근대에 [[현미경]]이나 [[망원경]]과 같은 도구가 발명되면서 분석적인 실험 과학이 발달하게 되었다. 20세기 후반에는 이론 과학과 실험 과학에 이어 [[계산 이론|계산 과학]]이 등장하였다.

 

 

[[복잡계]]의 과학은 오로지 [[컴퓨터]]의 발달로 가능해진 학문으로, 컴퓨터가 일차적 도구이다. 자연의 복잡한 현상들에 대한 방정식은 대부분 수많은 변수가 들어 있어 해석적으로 풀 수 없는 [[비선형]] 방정식들인데, 컴퓨터는 이들을 수치적으로 해석하여 비선형 결정론적 방정식에 숨어 있는 [[혼돈 이론|혼돈]]을 보여 주었다. [[날씨]], [[신경]] 그물, 심폐계, [[진화]], [[면역]] 반응, 세계 경제 등 많은 복잡한 현상들이 컴퓨터를 이용해 수학적 모형으로 기술되고 해석되었다. [[자연 과학]] 뿐만 아니라 [[경제학]], [[정치학]], [[심리학]] 등 [[사회 과학]]에도 적용되어 사회의 새로운 실체를 보여 주고 있다. 진화 현상에 대한 컴퓨터 모델링은 어떤 생물종이 번성, 멸종케 되는지까지 짐작하게 해 준다<ref>《인공생명》, 스티븐 레비 저, 김동광 외 1기관 공역, 사민서각, 1995., 5-16페이지.</ref>.

생명 과학 연구도 생체 실험(in vivo)에서 시험관의 실험(in vitro)으로, 생명 모의 실험(in silico)으로 옮겨가는 중이다<ref>《인공생명》, 스티븐 레비 저, 김동광 외 1기관 공역, 사민서각, 1995., 20페이지.</ref>. 가상 세포 혹은 인공 세포는 세포의 대사 회로를 그대로 흉내내도록 만든 컴퓨터 프로그램이다. 미래에는 가상 세포를 이용해 원하는 물질이 세포 내에서 만들어지는 과정을 모의 실험함으로써 신약 개발 연구에 소요되는 시간과 비용을 획기적으로 줄일 수 있을 것으로 기대되고 있다<ref name="ReferenceC">(상동)</ref>.

 

20세기에는 과학과 산업의 발달이 가져온 폐해에 대한 사회적 각성으로 과학의 절대성에 대한 회의와 비판의 시각이 대두되었을뿐만 아니라 과학 내에서도 기존의 [[환원주의]]적 연구 방법의 한계가 드러나고 새로운 과학관이 등장하기 시작했다. [[과학 혁명]]기에 확립된 '''환원주의''' 과학관은 생물을 포함한 전 우주의 복잡한 현상을 이루는 가장 작은 부분까지 쪼게어 분석함으로써 전체에 대한 이해에 도달하려는 방법이다. 이 세상을 고립된 구성 재료들로 조립되어 정확하게 운행되는 기계로 보는 환원주의적 세계관에서는, 일어나는 모든 사건에는 명확한 원인이 있고 어느 한 시점의 상태를 상세히 알면 미래의 결과도 정확하게 예측할 수 있다고 본다. 자연을 객관적으로 정확하게 측정하고 미래를 예측할 수 있기 때문에 과학 연구는 정당화되어왔던 것이다.<ref>《지식의 통섭 : 학문의 경계를 넘다》, 최재천 외 1인 저, 이음, 2007., 157-176페이지.</ref>

 

19세기 말에 시작된 [[생태학]]은 시스템적으로 연구되는 대표적인 생물학 분야이다. 생태학은 지구 가족의 구성원들을 연결하는 전체적 관계에 대해 연구하는 학문으로 20세기 말부터 산업화에 의한 환경 문제가 심각해지면서 주목받기 시작하였다. 최근에 확립된 시스템 생태학은 집단과 연결망이라는 개념을 제공하여 시스템적 사고를 더욱 풍부하게 발전시켜 주었다<ref name="ReferenceC"/>.

 

원래 근대 과학의 초석이 되는 [[아이작 뉴턴|뉴턴]]의 역학은 한 두 가지 요소만 관계하는 단순계에 대한 법칙으로, 태양과 지구, 지구와 달과 같이 두 행성의 역학 관계로부터 밀물과 썰물을 정확하게 예측하게 해 준다. 그러나 행성이 3개만 되어도 수학적으로 해를 구하는 것은 불가능하다. 따라서 그 동안 많은 과학자들은 변수가 많고 복잡한 현상은 단순화와 이상화를 통해 근사값으로 처리하였다. 그러나 현대에 [[컴퓨터]]의 비약적인 발달은 복잡한 현상을 새로운 방법으로 분석할 수 있게 해주었다. 그 결과 [[복잡계]]를 지배하는 법칙을 탐구하는 복잡계의 과학이 20세기 후반부터 크게 발전하기 시작하였다<ref>《지식의 통섭 : 학문의 경계를 넘다》, 최재천 외 1인 저, 이음, 2007., 5, 130, 177페이지.</ref>.

 

자연을 가장 단순한 단위로 환원시켜 해명하는 단순성의 과학은 그 동안 인류의 자연에 대한 이해를 심화시켜 주고, 세탁기를 만들고, 첨단 의료 장비를 만들고, [[인공위성]]을 쏘아올리는 등의 기술로 연결되어 인류의 생활 향상에 눈부신 공헌을 하였다. 그러나 인간이 일상에서 경험하는 자연은 한 두 가지 성분이 아니라 복잡하게 상호 작용하는 수많은 요소들이 집단적으로 보이는 현상이다. [[레이저]] 광선, [[토네이도]], 열대류 현상과 같은 물리 현상이나 생명체, 생태계와 같은 [[복잡계]]는 그것을 이루는 분자와 원자의 성질을 아는 것만으로는 결코 이해되지 않는다<ref>《지식의 통섭 : 학문의 경계를 넘다》, 최재천 외 1인 저, 이음, 2007., 5, 130, 179페이지.</ref>. 구성 요소 자체의 특성이 아니라 그것들이 거시적으로 조직되는 패턴에 의해 전체의 성질이 결정되기 때문이다<ref>《지식의 통섭 : 학문의 경계를 넘다》, 최재천 외 1인 저, 이음, 2007., 5, 130, 179-192페이지.</ref>.

 

=== 과학과 사회의 밀접한 관계 ===

과학의 일반적 발전 방향과 속도는 사회 경제적 요인의 영향을 받으며, 동시에 과학의 발전은 정치, 경제 등 사회의 진로를 크게 변화시킨다. 인류의 역사에서 과학의 변천 과정을 살펴보면, 과학은 분명히 사회ㆍ문화적 토대와 관계가 있음을 알 수 있다. 그리스 로마 시대에서 중세까지는 세부적 관찰을 할 수 있는 도구가 없었을 뿐만 아니라 당시 통치자는 국가의 화신이며 국민은 의미 없는 노예로 간주되는 사회였기 때문에 과학도 자연을 하나의 전체로 보는 전체론적 방법을 기초로 하였다.

 

== 현대 과학의 과제 ==

=== 핵무기 개발 억제 ===

20세기 과학의 발전은 전쟁을 위한 군사 장비 개발과 생산의 필요성에 큰 영향을 받으며 전개되었다. 전쟁의 양상 자체도 과학에 의해 크게 달라졌음은 21세기의 첫 전쟁인 [[아프가니스탄 전쟁 (2001년-현재)|아프가니스탄과 미국의 전쟁]]에서 나타났다. 핵에너지는 평화적ㆍ합리적으로 활용되기만 하면 좋지만 제2차 세계 대전 시 핵폭탄이 대량 살상 무기로서의 위력을 떨쳤듯이 악용될 경우 인류의 존속에 큰 위협으로 된다. 현대 사회에서 핵무기는 인류의 애물 단지가 되었다. 강대국들이 핵폭탄을 다량 보유하고 있으며 필요 시 사용할 수도 있다는 위협은 국제 관계를 악화시키고 테러를 확산하여 전세계를 절망 속에 빠뜨리고 있다. 한 연구에 의하면 현재 인류가 보유한 핵폭탄의 1/10만 사용해도 인류가 멸망할 것이라는 보고도 있다<ref>《운명의 시계의 서곡; 미국의 과학자들》, 로렌스 카루스, 옥스포드 대학교 출판부, 2010, 27페이지</ref>.

 

[[핵분열]] 반응을 이용한 [[원자력]] 에너지는 고갈되어 가는 [[화석 연료]]에 대한 대체 에너지로 기대되고 있다.

 

 

[[수소]]를 이용한 [[핵융합]] 에너지는 [[핵분열]]보다 훨씬 효율적이고 방사능 폐기물을 배출하지 않으며 원료인 수소를 바다로부터 무제한적으로 얻을 수 있다는 장점이 있다. 하지만 핵융합 에너지 발전소 건설에는 천문학적 건설 비용이 소요되고 기술적 문제가 산적해 있다. 따라서 모든 원자력 기술은 버터를 자르는 데 전기 톱을 이용하는 것과 같다<ref>전기 톱을 이용하여 버터를 자른다면 순식간에 자를 수 있지만, 전기칼의 사용자에 따라 버터가 놓여있는 접시까지 자를 수 있다는 의미이다.</ref> 고 비유되기도 한다.

현재 대부분의 국가들이 인간 복제 실험을 잠정적으로 금지하고 있지만, 향후 어떻게 변할지 아무도 모른다. 미국에서는 연구용 인간 [[배아]]를 자궁에 착상시켜 복제 인간을 만드는 것을 금지하지만 불임 치료나 선천성 질환 등의 연구를 위해 다량 복제하는 것은 허용하는 법안을 마련하였다. 그러나 교통 위반과 마약 매매가 관련법이 허술하여 일어나는 일이 아님은 누구나 아는 사실이다. 인간 복제 분야가 막대한 부가 가치를 창출할 것으로 예상되는 경우에는 복제를 바라보는 관점이 언제든지 달라질 수 있다. 1978년 체외수정을 통해 [[시험관 아기]]가 탄생했을 때, 처음에는 과학이 신의 노릇을 한다며 비판하는 여론이 강했으나, 그로부터 약 20년 이후 전세계적으로 인공 수정은 산부인과 병원에서 실행되는 일상적인 불임 치료 기술로 되었음을 상기할 필요가 있는 것이다.

 

최근에 대한민국에서 인간 배아 연구 허용 여부에 대한 학계와 사회의 관심이 집중되고 있다. [[배아]]가 어떤 종류의 세포로도 분화할 수 있는 [[줄기 세포]]의 원천으로 되기 때문이다. 줄기 세포는 세로 손상에 의한 질병에 획기적인 세포 치료 방법을 제공한다. 대한민국에서는 사회의 뿌리 깊은 남아 선호 사상으로 불임 시술이 일찍부터 발달하고 시술 빈도가 세계적인 것으로 알려져 있다. 따라서 생식 의학 기술의 수준과 냉동 보관된 잉여 배아의 양 또한 세계적인 수준이다. 대한민국의 과학자들은 이러한 여건을 활발히 의학 연구에 활용하고 있다.

 

==== 유전자 특허 ====

유전자가 귀중한 자원이 되는 생명 공학 시대에 논란 거리의 하나는 유전자 특허 문제이다. 오래전부터 선진국의 제약 회사와 생명 공학 회사들은 세계 구석구석을 뒤져 특이한 동식물의 유전자형을 확보하는 데 막대한 자본을 투재해 왔다. 그러나 ‘토착민들이 조상 대대로 터득한 치료법을 산업체가 특허라는 이름으로 소유할 수 있는가’하는 비난을 받고 있다. 수대에 걸쳐 유전 자원으로 보존, 확장 시켜온 제3세계 토착민들의 전통적 지식은 보호 대상에서 제외하고 서방 과학 연구의 성과만을 보호하는 것이 올바른 지적 재산권 보호 정책이 될 수 없다는 것이다. 또, 환경 단체들은 살아 있는 생물의 일부인 유전자가 인간이 만들어 낸 발명품과 같이 특허권이 주어질 수 있는 대상인가 의문을 제기한다.

 

오늘날 인류의 물질적 성공과 번영은 분명히 유난히 큰 대뇌 피질을 진화시킨 인류의 사고 능력이 성취한 과학 기술의 결과이다. 그러나 20세기 후반부터 과학 기술을 통한 무한한 경제 성장이라는 믿음에 서서히 금이 가고 오히려 과학 기술에 대한 근본적 반성의 시각이 대두되기 시작하였다. 고도의 이성의 산물인 [[핵무기]]와 [[생명 공학]]이 오히려 인류의 존립 자체와 인간성의 의미를 위협하게 되었으며, 자연에 대한 객관적 관찰과 이용을 촉구하는 [[환원주의]]적 과학 정신은 마침내 자연의 황폐화와 심각한 지구 환경 파괴를 가져왔기 때문이다.

사실 400만 년 인류의 역사에서 과학 기술을 기반으로 하는 대량 생산과 소비의 산업 문명의 시간은 300여 년에 불과하다. 그러나 지구 온난화, 이상 기온, 오존층 파괴, 열대 우림 파괴, 수많은 생물의 멸종 위기, 생물 다양성 파괴, 대기와 육지와 대양 오염, 소음 공해, 산성비, 핵폐기물 등 그 몇 세기가 지구 생태계에 미친 영향은 엄청나다. 과학 기술이 인류와 지구 생태계 전체의 생존에 위협이 될 수 있음을 처음으로 인식하고 사회에 경고한 사람은 미국의 해양 생물학자 [[레이철 카슨]]이었다.

 

 

과학의 연구 결과는 사회에서 여러 가지로 활용될 수 있고 그 과정에서 과학자의 의견이 반영되는 경우는 거의 없었다<ref>Bird, Kai; Sherwin, Martin J. (2005). American Prometheus: The Triumph and Tragedy of J. Robert Oppenheimer. New York, New York: Alfred A. Knopf. {{ISBN|0-375-41202-6}}., 552페이지</ref>. 과학자들은 자신이 책임질 수 없는 결과를 이 세상에 내놓는 것과 같다. 그렇다고 과학자에게 사회적 책임이 전혀 없는 것은 아니다. 과학자는 자신이 개발한 물질을 활용하는 과정에서 나타날 수 있는 위험성을 충분히 알리고 그런 물질의 사용에 대해 사회적 합의를 도출하는데 적극 협조해야 한다. 그리고 그 물질을 사용하는 사람들에게 충분한 지식을 제공해야 할 것이다.

그동안 과학자들은 첨단 전문가 배출 프로그램을 거쳐 지식과 기술은 익혔지만 도덕적 소양 교육을 별도로 받은 적은 없었다. 앞으로 대학교와 중등 교육기관들은 과학 교과 과정에 생명 윤리를 비롯한 윤리적 이슈를 포함할 것이 권유되고 있다. 궁극적 목표는 윤리가 과학 발전의 중요한 부분이 되도록 하는 것이다. 이러한 것에 대하여 물리학자 [[프리먼 다이슨]]은 아래와 같이 언급하였다<ref>《현대 과학 사상과 신학의 과제》, 감신대, 새날. 111-123페이지.</ref>.