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뉴턴은 '법칙'인데 상대성은 왜 '이론'일까
뉴턴은 '법칙'인데 상대성은 왜 '이론'일까
  • 프리덤뉴스
  • 승인 2018.08.21
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뉴턴의 법칙은 '법칙'이라고 말하는데, 왜 상대성 이론은 '이론'이라고 일컫는 걸까요?

사실(Fact), 가설(hypothesis), 법칙(Law), 이론(Theory)이라는 단어는 과학계에서 특정한 의미로 통용됩니다. 하지만 일상에서 그 뜻을 정확히 알고 사용하는 건 또 다른 문제입니다. 사실(Fact), 가설(hypothesis), 법칙(Law), 이론(Theory)은 각각 어떻게 다른 걸까요?

1. 사실(Fact)

"당신이 연필을 떨어뜨리면, 그것은 아래로 떨어집니다"

과학에서 '사실(Fact)'은 과학자들이 완전하게 '참(Ture)'이라고 받아들일 수 있는 오랫동안 검증된 관찰이라고 할 수 있습니다. 그러나 과학에서 모든 것은 어느 정도의 불확실성을 가지고 있기 때문에, 무조건 '참(True)'이라 할 만한 것은 없습니다.

예를 들어 '모든 백조는 하얗다'라는 표현은 백조를 관찰하기 전까지만 참입니다. 이웃님이 연필을 손에서 놓을 때마다 연필은 바닥으로 떨어지겠지만, 그건 어디까지나 지구라는 공간에서만 참일 겁니다.

모든 백조는 하얗다? 출처: fotolia
모든 백조는 하얗다? 출처: fotolia

2. 가설(hypothesis)

"연필이 떨어지는 건 연필을 아래로 떨어뜨리는 힘이 있기 때문입니다"

가설은 관찰된 바를 테스트할 수 있도록 해주는 잠정적인 설명입니다. 앞으로의 조사를 위한 출발점이라 할 수 있는데요. 하나의 관찰에는 대부분 일련의 가설들이 따라옵니다.

만약 이웃님이 하얀 백조를 봤다고 가정해봅니다. 그리고 가설을 세웁니다. '저 백조는 하얀색 페인트가 묻었을거야', '태양에 표백됐나?', '깃털조직에 색소가 부족했나?' 이런 식으로 말입니다.

가설을 세우고 난 뒤, 이 가설들을 뒷받침할 수 있는 증거들을 찾게 되겠죠. 그 가운데서 증거가 가장 많은 가설이 최종적으로 힘을 얻습니다.

역사를 통틀어 물건이 떨어질 때 '이게 왜 떨어질까?'에 대한 많은 가설이 있었습니다. 아리스토텔레스는 물체가 우주의 중심으로 떨어지는 경향이 있기 때문이라고 믿었습니다. 당시 고대 그리스인들은 우주의 중심이 지구라고 믿었습니다.

반면, 뉴턴은 지구의 물체들은 지구가 끌어당기고 모든 행성은 다른 행성을 끌어당기거나 당겨지며 우주의 모든 물체는 그렇다고 믿었습니다. 그리고 그의 가설인 '모든 것을 끌어당기는 힘'은 현재 우리가 '중력'이라고 부르고 있습니다.

3. 법칙(Law)

"우주의 만물은 그 질량의 곱에 비례하고, 거리의 제곱에 반비례하는 힘으로 서로 끌어당기고 있습니다."

 

뉴턴의 만유인력의법칙. 출처: 자체제작
만유인력의 법칙, 자체제작

법칙(law)과 이론(theory)은 상하관계가 아니라 서로 완전히 다른 것이라고 할 수 있습니다.

과학에서 법칙(law)은 자연계에서 작동하는 원리가 어떻게 일어나는지 수학적으로 자세하게 설명한 것입니다. 위에서 인용한 뉴턴의 만유인력의 법칙은 수학적으로 정밀하게 설명됩니다.

이는 달이 큰 행성에 가까이 있을 때 어떻게 작용하는지, 혹은 행성에서 멀리 떨어진 경우 어떻게 작용할 것인지 예측할 수 있도록 해줍니다. 그런데 법칙(law)에서는 '어떻게(how)'에 관해서는 설명할 수 있지만 '왜(why)'에 대해서는 말해주지 않습니다.  

4. 이론(theory)

"질량과 에너지는 시공간에 커브를 일으키고, 중력은 시공간의 곡률에 의해 생긴다."

 

시공간 왜곡. 출처:Wikimedia Commons
시공간이 구부러져요. 출처: Wikimedia Commons

이론(theory)는 사실(fact), 검증된 가설(hypotheses), 법칙(law)으로 입증한 자연계의 특정 현상 설명입니다. 위에 인용한 말은 아인슈타인의 상대성 이론을 간략히 정리한 표현인데요.

뉴턴은 두 물체의 질량이 얼마나 큰지 혹은 거리가 얼마나 떨어져있는지에 대한 척도가 서로를 끌어당기는 정도를 결정한다고 말했습니다. 아이슈타인은 물체의 질량이 우주를 왜곡시키고, 질량이 클수록 왜곡이 커지기 때문에 이런 현상이 발생한다고 말했습니다.

이론은 모든 과학적 진술의 할아버지격이라고 보면됩니다. 이론은 우리가 던질 수 있는 질문을 모두 던져 가장 어려운 테스트를 통과한 녀석이라고 할 수 있죠. 따라서 진화론을 '단지 하나의 이론일 뿐이야'라고 치부하는 건 이론의 가치를 간과하는 것일 수 있습니다.

그렇다고 과학에서 100% 확실한 건 없습니다. 아인슈타인 이론도 작은 원자 구성입자의 거동을 다루는 양자역학에 적용하면 무너지기 때문이죠. 결과적으로 많은 과학자들은 중력에 대한 새로운 가설들을 계속 던지고 있습니다.

물론 아인슈타인의 상대성이론이 틀렸다는 말도 아닙니다. 일반상대성이론은 대다수의 관측을 설명하며 과학자들이 상대성이론이 틀렸다는 증명을 시도할 때마다 실패하게 만들었습니다.

이것이 바로 과학적 이론(theory)의 강점입니다. 튼튼한 기초 위에 세워졌기 때문에 다소간의 균열이 발견되더라도 구조 전체가 흔들릴 걱정은 많지 않습니다./프리덤뉴스 

 

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