자연과학의 자연관
자연과학의 자연관, 빔 창간준비호(2000년)

2000년 4월11일 <빔> 제출


자연과학의 자연관: 이제 자연의 문을 열고 들어간다



기독교의 신이 이 세계를 창조하였다고 한다. 신이 완전하듯이 신이 창조한 이 세계도 완전하였다. 신의 완전성이란 더 이상 완전해 질 수 있는 가능성을 갖고 있지 않다. 왜냐하면 더 이상 완전해질 수 있는 여지가 남아 있었다면 이미 이전의 완전성은 완전한 것이 아니기 때문이다. 그래서 신은 더 완전해지려는 운동을 하지 않으며 그 자체로 정지된 정점에 놓여 있다. 그러나 신이 창조한 이 세계는 완전하지만 정지된 것이 아니라 지금도 운동 가운데 놓여 있다. 숙련된 시계공이 완전하게 만든 시계가 정지되어 있다면 완전한 시계가 아니듯이 말이다.

그러나 이 세계는 불완전한 현상이 너무 많다. 그 불완전한 현상은 시계를 작동시키기 위하여 시계 태엽이 풀려가는 과정에서 생기는 불완전성이며, 완전성의 현시를 위한 과정의 불완전성이다. 그리고 시계태엽이 다 풀리면 다시 태엽을 감아주어야 한다. 그래서 신은 이 세계를 완전하게 창조했지만 풀린 시게를 다시 감아 주어야 하고 감가상각된 시계를 다시 고쳐주어야 한다. 결국 신이 창조한 이 세계 안에서 신은 여전히 존재해야만 한다. 그래서 신은 세상의 기도를 들어줄 필요가 있는 것이다.

그러나 뉴턴의 신은 기독교의 신보다 더 완전하다. 그래서 뉴턴의 신은 이 세계를 완전하게 창조했을 뿐만이 아니라 감가상각조차 없는 세계로 만들어 놓았다. 뉴턴의 시계공은 시계를 완전하게 만들어 놓았을 뿐만이 아니라, 제1 태엽이 풀리면서 다른 제2 태엽이 감기는 그런 시계를 만들어 놓은 것이다. 그래서 제1 태엽이 그 수명을 다하면 이제 제2 태엽이 풀리면서 세계를 작동시키는 것이다. 그리고 세계의 후발 작동과 함께 제1 태엽이 다시 감기게 된다. 그러므로 이 세계는 스스로 영원히 자동 작동되고 결국 태엽을 다시 감아줄 신의 존재는 더 이상 필요하지 않다. 그래서 뉴턴의 세계에서는 신이 없는 것이 아니라 다른 세계로 다른 일을 하러 간 상태며 따라서 이 세계에서는 세상의 기도를 들어 줄 신이 없다. 신은 태엽을 감아 줄 필요도 없고 감가상각 없는 시계를 애프터서비스할 필요도 없기 때문이다.

이렇게 뉴턴의 신은 기독교의 신보다 더 완전하다. 물론 이러한 완전성은 이상적 사고실험(ideale Gedankenexperimente) 안에서만 그렇다. 뉴턴의 세계는 영구엔진을 장착하고 엔트로피 증가가 없어서 시간의 투명성이 보장된 완전한 운동이며 동시에 운동 없는 운동만이 있는 세계이다. 이러한 세계를 바로 기계론적 세계라고 부르는 것이다. 그래서 기계론적 세계에서는 세계를 작동시키기 위하여 신의 의지를 필요로 하지 않으며 톱니바퀴들 사이의 비율관계(ratio)만 있으면 되었다.

갈릴레오는 교회와 직접 부딪쳤지만 뉴턴은 친교회적으로 신의 완전성을 보강하고, 자신의 기계론을 완성시킬 수 있었다. 뉴턴에게서 신의 완전성과 철학적 기계론이 구체적으로 나타난 것은 결국 수학적 결정론이다. 수학적 결정론에서는 운동 속에 놓여 있는 물체의 상관성 문제에 대한 해(解)가 반드시 일의적으로 존재해야 한다. 그러나 운동 속의 물체는 시간을 머금고 있어서 일의적인 방식으로 존재가 입고 입는 겉옷이 다 벗겨지지 않는다는 것이 큰 문제였다.

칸트는 겉옷이 벗겨질 수 있는 존재와 영원히 벗겨질 수 없는 존재를 아예 구분해야 한다는 상당히 실용적인 언사를 취했다. 칸트는 원래 벗겨질 수 없는 존재를 인간의 오성으로 그 겉옷을 벗기려는 노력이 불필요하다고 보았다. 그는 사실의 학문과 당위의 학문을 나누어 원래 벗겨질 수 없는 존재에 대한 탐구는 당위의 학문으로 귀속시켰다. 따라서 과학은 사실의 학문에 국한되어야 한다는 것을 강조하였다. 이러한 칸트의 가름선은 실질적인 과학발전에 대단한 추진력이 되어 왔다. 그리고 이러한 가름선은 수학자인 라플라스와 라이프니츠에게서 새로운 진로를 찾는다. 라플라스는 당위의 영역을 숨겨진 사실의 영역으로 간주하면서 사실 탐구 학문의 근거를 형이상학에서 찾았으며 라이프니츠는 사실의 영역을 사실의 차원에서 확장하려고 했다.

수학자로서의 라플라스는 사실의 영역이 세계의 영역 전부이며 이러한 영역은 결정론적 방정식으로 대치될 수 있다는 생각을 가졌다. 그 근거로서 라플라스는 신을 도입하였다. 라플라스의 신(damon)은 전지전능이라는 점에서 기독교의 신과 같은 완전성을 지니고 있다. 다만 라플라스 신의 전지전능성은 의지적인 것이 아니라 기계적 완전성에 해당된다. 라플라스 신은 시간적 간격이 있는 두 사건을 공간적으로 펼쳐진 한 스코프 안에 놓여진 것처럼 볼 수 있다. 그래서 라플라스 신에게는 두 시간대에 놓여진 두 사건이 한 시간대에 놓여진 두 사건으로 인식된다. 따라서 인간의 이성으로는 한 시간대에 파악할 수 없는 시간적으로 분리된 두 사건이 데몬에게는 하나의 공간 안에 놓여져 있는 것으로 파악가능하다. 결국 라플라스의 신은 모든 인과적 현상과 겉보기에 인과적으로 보이지 않는 현상들까지도 모두 결정론적으로 인식가능하다. 이러한 라플라스 세계 구조는 철저한 결정론적 인식론을 함의하고 있다. 이 같은 라플라스의 강한 결정론은 형식수학과 경험과학의 근거를 동일한 것으로 보게 된다.

반면에 라이프니츠는 사실의 영역을 이성의 힘으로 확장하는데 힘을 쏟았다. 실제로 자연계 안에서 결정론적 방정식으로 해가 나올 수 있는 부분은 매우 적었다. 자연에 대한 해석을 결정론적 방정식을 갖고 풀려면 먼저 자연적 대상이 계량화되어야 한다. 이러한 계량화의 요청은 서구 사상사에서 최고의 정언명법이었다. “계량 가능한 것은 모두 계량하라 그리고 계량 가능하지 않은 것도 최대한 계량화하라”는 정언명법은 결국 라이프니츠로 하여금 미적분학을 낳게 하였다. 라이프니츠의 미적분법은 계량되지 않는 자연의 모습을 계량 가능한 미소의 직사각형으로 무한소 분할하여 그 면적을 계산한 후, 그렇게 무한 분할된 직사각형을 다시 전체 합산하여 원래의 자연의 모습을 계산하는 수학적 계량작업이었다. 결국 라이프니츠의 미적분법은 미지의 자연계에 이성의 칼을 과감하게 들이대어 크게 성공한 전환의 역사를 이루었다.

뉴턴과 라이프니츠 그리고 라플라스 모두는 자연과학의 성립을 위하여 신의 존재와 형식과학의 타당성을 근거로 삼았다. 이렇게 서구 사상 특히 서구 자연과학이라는 집은 히브리니즘과 헬레니즘의 두 거대 기둥 위에 축조되고 있었다. 철학과 예술, 사회구성 면에서 뿐만이 아니라 자연과학은 두 기둥 위의 축조된 가장 두드러진 건축물이었다. 자연은 이에 따라 재단되는 대상일 뿐이다.

물론 근대 자연과학은 신의 의지와 목적을 배제하는 데 힘을 기울였다. 그래서 뉴턴은 지구와 달의 관계처럼 행성의 운동이 항상 일정한 궤도를 그리는 이유에 대한 탐구를 포기하고, 단지 어떻게 그런 운동이 기술될 수 있는가에 대한 탐구에 제한하였다. 그러나 신을 개입시켜야만 해결가능한 이유를 포기했기 때문에 오히려 만유인력법칙이라는 거대법칙의 탄생을 낳게 하였다. 두 개의 물체가 서로 댕기고 미는 힘의 관계를 제대로 기술하기 위하여 취해야 할 외부 요소는 너무 많음을 알게 되었다. 지구와 달 사이의 관계방정식을 제대로 만들려면 지구와 달에 미치는 모든 별의 힘들을 상정해야만 했다. 그러나 그러한 상정은 신이라면 몰라도 인간의 이성으로는 절대 불가능한 일이었다. 물체가 두 개보다 많을 경우 그들간의 상호 피드백 관계를 결정론적 방정식으로는 결코 풀 수 없기 때문이다. 그래서 뉴턴은 문제를 풀고자 하는 방정식에 관련된 두 개의 물체만을 고려하고 나머지 물체는 없는 것으로 간주할 수밖에 없었다. 이러한 가정을 물리학에서는 고립화의 상정이라고 말한다. 고립화의 상정은 자연계의 원래 모습에서 벗어나는 일이지만 고립화가 있었기 때문에 근대 자연과학혁명이 가능하였다.

그런데 19세기 들어오면서 온도가 무엇인가라는 질문이 대두되었다. 19세기 이전에 플로기스톤 이론 등 많은 이론들이 등장했으나, 그 어느 것도 온도를 설명하는 해답이 될 수 없었다. 온도를 설명하기 위하여 분자의 충돌에 의한 압력이라는 새로운 생각이 대두되었다. 그러나 이러한 생각은 훌륭하지만 세 개 이상의 물체들 사이의 충돌 내지는 상관관계를 수학적으로 푼다는 일은 아예 엄두도 못 낼 일이었다. 당구대의 공이 두 개 일 경우와 아홉 개일 경우는 그 예측도에 있어서 비교할 수 없는 차이가 있는 것과 같다. 하물며 23승 개의 분자수를 갖는 분자간의 충돌운동을 결정론적 방정식으로 예측한다는 것은 말도 안되기 때문이다. 그래서 열역학이 등장했으며 열역학은 이들 사이의 운동을 결정론적 방정식이 아니라 통계적 방식으로 기술하였다. 이제 신의 완전성은 인간이 풀 수 있는 방식으로 모두 환원되는 것이 아님을 인정하게 되었다. 이러한 변화는 인간 이성의 한계를 드러내는 일이기도 하지만 한편으로는 신의 지위가 격하되는 일이기도 했다. 왜냐하면 이제 자연의 문제를 풀기 위하여 신의 존재를 근거로 대는 일이 정당화될 수 없었기 때문이다.

19세기 열역학은 자연에 대한 이해가 결정론에서 확률론으로 변화되고 있음을 보여 주었다. 그러나 이러한 확률론은 신의 전지전능성 자체를 붕괴시키는 일은 아니었다. 단지 인간 인식의 한계를 스스로 인정하는 계기가 된 것이다. 그러나 20세기에 들어오면서 상황은 많이 달라지게 되었다. 양자역학의 성립은 자연에 대한 색다른 성찰을 요청하였다. 다시 말해서 양자역학은 기존의 뉴턴역학과 달리 도대체 객관성이라는 것이 무엇인지를 반성하게 해주었다. 자연과학의 최고 성문법인 객관주의는 주관과 객관이 서로 간섭을 받지 않을 정도로 동떨어져 있어야 한다는 것이다. 자연과학에서 말하는 이론이라는 용어는 그리스 어원에서부터 떨어진 상태에서 멀리 관조할 수 있음을 전제한 것이다. 서로 떨어져 간섭이 불가능한 상태를 말한다. 그러나 양자역학에서는 관찰주관이 관찰대상을 관찰할 때 객관성의 아성이 무너지고 상호간의 간섭이 일어난다. 이러한 상호 간섭작용은 운동 물체에 대하여 결정론적 방정식에 의한 해를 원천적으로 불가능하게 만든다. 이러한 현상에 대하여 하이젠베르크는 불확정성이라는 표현을 하였고, 닐즈 보어는 상보적이라고 했으며, 아인슈타인은 주사위 놀이를 하는 신이라고 했다.

이제 자연은 인간의 인식대상에서 대립적으로 놓여져 있는 그래서 객관적이라고 했던 대자적 관계를 벗어나고 있다. 고전과학의 자연은 인간 이성에 의해서 객관적으로 계량가능한 영역이었거나 아니면 그렇게 되어야만 하는 자연이었다. 그러나 양자역학의 등장으로 이제 자연은 고립적일 필요가 없으며 이상화된 방정식 안에 갇혀진 자연이 아니다. 자연은 인간에 대립적인 이용물의 관계가 아니라 인간과 호환의 관계로 변하게 되었다. 그래서 자연은 죽어 있는 물리학적 자연에 그치는 것이 아니라 살아서 호흡하며 인간과 대화하는 생물학적 자연이어야 한다는 자연스러운 생각이 나오게 되었다. 오늘날 이러한 생물학적 자연의 의미는 현대 자연과학의 가장 중요한 화두가 되어 있다.

뉴턴이나 라플라스 그리고 라이프니츠 역시 객관성이란 단일 질점(質點, material point)으로 보장된 자기동일성에 근거를 둔다고 보았다. 그러나 이제 객관적 대상을 신이 부여해준 원래의 자기동일성이라고 정의하는 것은 더 이상 지속될 수 없게 되었다. 양자역학에서 객체와 주체의 가름선이 모호해졌다는 점은 현대 생명과학에서 더 심도있게 그리고 더 구체적으로 모호성이 더해졌다. 그러나 그것은 모호성이 아니라 자연의 원래의 모습을 찾아가는 현대과학의 역정이다. 생명체의 분자구조 속에서 효소 발생의 과정에서 생명체의 거대 진화과정에 이르기까지 나와 너 사이에 폐쇄적 경계선이 허물어지고 있다.

생명의 자기동일성은 기계론적 모델이 아니라, 외부 환경과의 에너지를 주고받는 일에서 정의되는 생명모델을 채택하여 설명되어진다. 극단적으로 말해서 고유의 자기동일성이란 아예 없다. 주체가 객체를 인식하는 것이 아니라 주체와 객체가 교환되고 스스로가 스스로를 생산하는 자기 생산의 역동적 지속만이 있다. 그래서 자기동일성이 있다면 하드웨어가 아니라 정보만이 항상성을 지니는 소프트웨어의 자기동일성이 있다. 생명체의 이런 존재 방식을 생물학에서는 산일구조(dissipative structure)라고 말한다. 산일구조는 물질과 에너지를 환경과 교환하면서 자신의 엔트로피를 감소시켜 항상 비평형의 상태를 유지한다. 생명계에서 평형상태란 생명의 죽음을 의미하는 것이므로 생명의 비평형성을 유지하는 일은 바로 생명현상 그 자체이다. 결국 생명현상을 정의하는 자신의 존속(survive)과 후대에 이르는 번식작용(reproduce)이 바로 전형적인 비평형 구조의 역학이며, 산일구조의 특징적인 현상이다.

시게공이 제작한 모든 산출물들은 평형상태의 구조물이다. 그래서 초기의 평형적 구조물은 완전하게 태어나지만 그 스스로 존속과 번식을 하지 못한다. 평형상태의 구조물들은 주체와 객체를 분명하게 구분하는 단순위상의 대상들이었다. 시계공의 뛰어나 설계도면대로 만들어진 시계는 완전할 수는 있어도 자기 스스로 비평형성에 다다를 수 없다. 제작된 시계의 존재이유는 시계공에게 있고 동력이유도 밖에 있지만, 생명체는 그 존재이유가 밖에 있다하여도 동력이유 만큼은 그 스스로에게 있다. 기독교의 신이 생명체를 제작했다하여도 생명은 ‘저절로 그러하지는’ 못할지언정, ‘스스로 그러한’ 존재라는 이야기이다.

스스로 그러한 존재의 양상은 현대 면역학에서도 나타나고 있다. 산일구조를 기반으로 한 면역학적 자아는 자기(self)와 비자기(nonself)의 폐쇄적 구분을 너머서 있는 환경의존적 자아이다. 다시 말해서 면역학적 자기(immune self)는 폐쇄된 자기동일성을 갖는 것이 아니라, 환경에 따라 자신의 위상을 객체로 할 것인지 혹은 주체로 할 것인지를 결정한다. 면역학적 자기는 현대 자연과학의 주체성 확보를 어디에서 찾아야 하는지에 대한 중요한 단서가 될 수 있다. 면역학적 자기는 비자기를 인식하기 위한 과정적인 절차일 뿐이다. 그러한 자기는 원래 누구로부터 소여(所與)된 고정성을 벗어나 있으며 비자기와의 간섭을 통해서 자기를 확보해간다. 자기를 비자기로 잘못 인식하는 것이 알레르기라고 말하지만 그것은 잘못 인식하는 것이 아니라 그렇게 인식함으로써 전체 생명을 보존하는데 유리하도록 하는 자기원인적 현상이다.

기계의 집합체인 자연은 온통 명사들뿐인 자연사 박물관이다. 그러나 생명의 구조로서 자연은 움직이는 모든 것을 그렇게 움직이게끔 하는 동사와 형용사들의 연희장이다. 그 연희장에서는 존재의 자유로움이 마법의 상자 안에서 하나 하나씩 탈출하고 있다. <끝>


<참고문헌>
Erich Jantsch, the Self-Organizing Universe, Pergamon, 1980
D'Espagnat, Auf der suche nach dem Wirklichen, Berlin,1983
최종덕, 부분의 합은 전체인가, 소나무,1995
Alfred Tauber, The Immune Self, Cambridge Univ.,1997
빔 창간준비호

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