과학에서 이론이라는 낱말이 뜻하는 것, 짐작과 다른 이유

과학에서 이론은 아직 확인되지 않은 짐작이 아니라, 많은 관찰과 실험 결과를 하나로 묶어 설명하고 새로운 예측까지 내놓으며 반복된 검증을 견뎌 온 설명 체계다. 일상에서 "그건 이론일 뿐"이라고 말할 때의 이론은 과학에서 오히려 가설에 가깝다. 같은 낱말이 두 가지 뜻으로 쓰이기 때문에, 과학 소식을 읽을 때 생기는 오해의 상당 부분이 여기서 나온다.

가설, 법칙, 이론

과학자들이 쓰는 세 낱말은 각자 맡은 일이 다르다. 가설은 관찰한 현상을 설명하기 위해 세운 시험해 볼 수 있는 주장이다. 법칙은 자연에서 되풀이되는 관계를 간결하게 적은 것으로, 대개 무엇이 어떻게 일어나는지를 말한다. 이론은 그런 법칙과 사실들이 왜 그렇게 되는지를 설명하는 더 큰 틀이다.

낱말	하는 일	예
가설	아직 시험 중인 설명	이 약이 증상을 줄일 것이다
법칙	되풀이되는 관계를 기술	물체 사이의 끌림은 거리의 제곱에 반비례한다
이론	여러 현상을 묶어 원인을 설명	일반 상대성 이론, 세포설

흔히 가설이 충분히 확인되면 이론이 되고, 이론이 더 확실해지면 법칙이 된다고 생각한다. 그러나 이 셋은 확실성의 단계가 아니다. 법칙은 "무엇이"를, 이론은 "왜"를 다룬다. 뉴턴의 만유인력 법칙은 물체가 어떻게 끌어당기는지를 계산하게 해 주지만, 왜 끌어당기는지는 말하지 않는다. 일반 상대성 이론은 질량이 시공간을 휘게 해서 그렇다고 설명한다. 이론이 아무리 확인되어도 법칙으로 승격되지는 않는다.

좋은 이론의 조건

과학에서 이론이 이론으로 인정받으려면 몇 가지를 갖춰야 한다. 먼저 이미 알려진 여러 현상을 하나의 원리로 설명해야 한다. 세포설은 식물과 동물, 미생물이 모두 세포로 이루어져 있고 세포는 기존 세포에서만 생긴다는 원리로, 따로 놀던 생물학의 관찰들을 한데 묶었다.

더 중요한 조건은 아직 관찰하지 않은 것을 예측하는 능력이다. 일반 상대성 이론은 1915년에 발표되었을 때 태양 근처를 지나는 별빛이 휘어지는 정도를 예측했고, 1919년 개기일식 관측에서 이 예측이 확인되었다. 같은 이론이 예측한 중력파는 100년 뒤인 2015년에야 처음 검출되었다. 예측이 틀릴 수 있는 위험을 감수하고, 그 시험을 통과해 온 기록이 이론의 힘이다.

틀릴 수 있어야 과학이다

과학철학자 칼 포퍼는 과학적인 주장의 특징을 반증 가능성에서 찾았다. 어떤 관찰이 나오면 그 주장이 틀렸다고 판정할 수 있어야 한다는 것이다. 어떤 결과가 나와도 맞는다고 설명할 수 있는 주장은 아무것도 예측하지 않으므로 과학적인 설명이 될 수 없다. 이론이 강하다는 것은 틀릴 기회가 많았는데도 살아남았다는 뜻이다.

이 때문에 과학 이론은 언제나 수정될 수 있다. 수정은 대개 이론을 통째로 버리는 방식이 아니라 적용 범위를 정확히 하는 방식으로 일어난다. 뉴턴 역학은 상대성 이론이 나온 뒤에도 버려지지 않았다. 빛보다 훨씬 느리고 중력이 아주 강하지 않은 세계에서는 여전히 정확해서, 다리를 설계하고 인공위성을 쏘아 올리는 데 쓰인다. 다만 아주 빠르거나 아주 무거운 대상 앞에서는 더 넓은 이론이 필요하다는 사실이 밝혀졌을 뿐이다.

오해가 생기는 자리

진화론이나 빅뱅 이론을 두고 "이론일 뿐"이라는 말이 나오는 것은 대개 일상의 뜻과 과학의 뜻이 섞였기 때문이다. 과학에서 이 이론들은 서로 다른 분야의 독립된 증거들이 같은 방향을 가리키는 설명 체계다. 반대로 과학 기사에서 "새로운 이론"이라고 소개되는 것 가운데 상당수는 엄밀히 말하면 아직 시험을 기다리는 가설이다. 독자로서는 그 주장이 어떤 예측을 내놓았고, 그 예측이 실제로 확인되었는지를 묻는 것이 이론과 짐작을 가르는 가장 쉬운 방법이다.

남은 질문

과학 이론이 무엇을 말해 주는지에 대해서도 철학자들의 생각은 갈린다. 이론이 눈에 보이지 않는 전자나 시공간의 휘어짐을 실제로 있는 그대로 그려 낸다고 보는 쪽이 있고, 이론은 관찰을 잘 예측하는 도구일 뿐 그 뒤의 실재까지 보증하지는 않는다고 보는 쪽도 있다. 성공한 이론이 나중에 더 깊은 이론으로 바뀌어 온 역사를 보면, 지금 가장 믿을 만한 이론도 마지막 답은 아닐 가능성이 크다. 그 가능성을 열어 두는 태도 자체가 과학이 이론을 다루는 방식이다.