과학에서 '이론'이라는 낱말이 뜻하는 것

일상에서 '이론'은 흔히 '아직 확인되지 않은 생각'이라는 뜻으로 쓰인다. "그건 이론일 뿐이야"라고 말할 때가 그렇다. 그러나 과학에서 이론은 정반대에 가까운 뜻이다. 과학적 이론은 수많은 관찰과 실험으로 검증되고, 여러 현상을 하나로 묶어 설명하는, 과학이 가진 가장 잘 다듬어진 설명이다. 이 낱말의 두 가지 쓰임이 섞이면서 과학에 대한 오해가 생긴다.

가설, 법칙, 이론은 어떻게 다른가

세 낱말은 확실성의 순서가 아니라 하는 일이 다르다. 가설이 법칙이 되고, 법칙이 이론이 되는 식으로 승진하는 것이 아니다.

구분	하는 일	예
가설	시험해 볼 수 있는 잠정적인 설명	이 약은 혈압을 낮출 것이다
법칙	자연에서 늘 일어나는 일을 짧게 기술	물체는 서로 끌어당긴다(만유인력의 법칙)
이론	왜 그런 일이 일어나는지를 넓게 설명	진화론, 상대성 이론, 판 구조론

법칙은 '무엇이' 일어나는지를 말한다. 뉴턴의 만유인력 법칙은 두 물체가 어떤 크기의 힘으로 끌어당기는지를 수식으로 기술한다. 반면 이론은 '왜' 그런 일이 일어나는지를 설명하는 틀이다. 일반 상대성 이론은 질량이 시공간을 휘게 하고, 그 휘어짐을 따라 물체가 움직인다는 방식으로 중력을 설명한다. 법칙과 이론은 서로를 대신하지 않고 함께 쓰인다.

이론은 어떻게 이론의 자리에 오르나

하나의 설명이 과학적 이론으로 자리 잡으려면 몇 가지 조건을 견뎌야 한다. 먼저 이미 알려진 많은 현상을 하나로 묶어 설명해야 한다. 진화론은 화석의 순서, 생물의 지리적 분포, 비슷한 해부 구조, 유전자의 유사성을 하나의 원리로 설명한다.

둘째, 아직 관찰하지 않은 것을 예측해야 하고, 그 예측이 맞아야 한다. 일반 상대성 이론은 빛이 무거운 천체 옆을 지날 때 휘어진다고 예측했고, 1919년 일식 관측에서 이것이 확인되었다. 한 세기 가까이 지나 검출된 중력파도 이 이론의 예측이었다.

셋째, 틀렸음을 보일 수 있는 방법이 있어야 한다. 어떤 관찰이 나오면 이론이 무너지는지가 분명해야 한다. 무엇이든 설명할 수 있는 주장은 아무것도 설명하지 못한다. 과학적 이론은 반박될 기회를 수없이 거치고도 살아남은 설명이다.

이론은 결코 증명되지 않는가

과학적 이론은 수학의 정리처럼 완벽하게 증명되지는 않는다. 아무리 많은 증거가 쌓여도 내일 새로운 관찰이 이론의 일부를 고치게 만들 가능성은 남는다. 이것은 약점이 아니라 과학의 작동 방식이다.

뉴턴의 역학은 이 점을 잘 보여 준다. 수백 년 동안 행성의 움직임을 놀라울 만큼 정확히 예측했지만, 수성 궤도의 미세한 어긋남은 설명하지 못했다. 상대성 이론이 이를 설명하면서 뉴턴 역학은 '틀린' 이론이 된 것이 아니라 '빛보다 훨씬 느린 일상 세계에서 매우 잘 맞는 근사'로 자리를 옮겼다. 다리를 짓고 인공위성을 쏘아 올리는 데는 지금도 뉴턴 역학이 쓰인다.

'이론일 뿐'이라는 말은 왜 오해를 부르나

"진화론은 이론일 뿐"이라는 말은 일상의 '이론'과 과학의 '이론'을 섞어 쓴 경우다. 과학자가 진화를 이론이라고 부르는 것은 그것이 불확실해서가 아니라, 생물의 다양성을 설명하는 넓고 잘 검증된 틀이기 때문이다. 원자 이론, 세균에 의한 질병 이론도 같은 의미의 이론이다. 아무도 원자가 '이론일 뿐'이어서 존재하지 않는다고 말하지 않는다.

남은 질문

어떤 설명이 이론으로 받아들여질 만큼 충분히 검증되었는지를 가르는 정해진 기준은 없다. 과학자 공동체가 증거를 놓고 오랜 시간에 걸쳐 판단한다. 직접 실험하기 어려운 분야, 예컨대 우주의 기원이나 아주 작은 규모의 물리를 다루는 일부 설명은 아직 결정적인 검증 방법을 찾지 못해 이론이라는 이름을 붙이는 것이 적절한지를 두고 논쟁이 이어진다. 낱말 하나의 뜻을 정확히 아는 일이 과학을 읽는 첫걸음이 되는 이유다.