과학적방법론

과학적 연구 방법론이란
(문제정의,가설),(자료조사,실험),(분석),(결론)으로 이어지는 과정이다. 이 과정에 논리적 모순이 없다면 과학적이라고 하는 것이다.

과학적이다란 형용사가 가지는 역사적 의미는 중세의 불변적인 종교적 진리에 반대하는 것이다. 즉 현대의 과학집단은 언제든지 자신을 부정할 준비가 되어 있음에 반해 중세종교집단의 의식은 자발적으로 변경되지 않니다.

그렇다면 과학적이다라는 말이 가지는 의미는 절대적 진리를 인정하지 않는다는 말인가?

누군가 과학적 진리와 과학적 방법론에 대하여 정의를 내려주면 좋겠다.

아래의 글들을 숙독한 결과, 저는 과학적 방법론이라는 것은 초기 산업혁명이래로 인간의 중요한 문제들에 대하여 신을 대신하여 많은 문제를 해결하기 위하여 노력하였으나, 과학적 방법론의 한계성(검증불가능한 것들의 존재)로 인하여 홀로서기는 애초에 불가능하며 다양한 집단과 다양한 방법론의 도움을 필요로 한다라고 정리하겠습니다. 저는 개인적으로 브레인스토밍을 좋아합니다. 그 속에서도 가능하다면 논리보다는 직관에 더 의존합니다. 도저히 보고 들은 많은 경험들을 모두 꿰어 맞추기 어렵기 때문입니다. 그리고 많은 사람들이 그렇다고 하면 한번 더 생각해보기도 합니다. 과학적 방법론이 만능이 아님을 알기쉽게 이야기해 주신 위의 모든 분들에게 감사드립니다.

최근에 김용옥의 루어투어 시앙쯔라는 중국소설 번역본(현진건의 운수 좋은 날이 장편으로 변화했다고 보면 그리 틀리지 않겠네요.)을 읽고 무척 놀랐습니다. 우리나라의 학문적 수준이 일본은 물론이고 중국보다 떨어진다라는 사실(양적으로나 질적으로나 그리고 그 축적에 있어서)을 이야기하고 있기 때문이었습니다. 우리나라 축구가 한 단계 성숙하려고 하는 지금, 훨씬 중요한 우리나라 학계 또한 한 단계 업되는 모습을 보고 싶은 것은 저의 자그만 소망입니다... --bullsajo

과학적 연구 방법론이란 (문제정의,가설),(자료조사,실험),(분석),(결론)으로 이어지는 과정이다.

먼저 과학적이라는 말을 조금 더 명확히 할 필요가 있겠습니다. "자연과학적" 방법론이 무엇인가를 묻는 것으로 한정짓겠습니다.

위의 정의는 맞기도 하고, 아니기도 합니다. 상당수의 자연과학의 이론과 법칙은 "실험"이 아예 불가능합니다. Aragorn이 생각하는 과학적이라는 것은, 객관적, 논리적으로 모순없이 자연현상을 가장 잘 설명할 수 있는 체계를 만들어 나가는 총체적 행위를 가리킵니다. 모르는 것은 분명히 모른다고 내버려두고, 어떤 현상을 설명하는데 여러 상반된 이론이 가능하다면, 그것들 모두 가능한 설명 중 하나라고 인정합니다.

어떤 과학자도 자연과학의 법칙이 "절대적 진리"라고 말하지는 않습니다. 다만 실제 세계를 이해하는데 가장 합리적이고 아름다워보이는 논리적 체계일 뿐입니다. 그리고 일반인들이 자연과학에 대해 오해하는 것은 자연과학자들의 엄밀한 논리적 체계, 특히 수학을 제대로 모르기 때문입니다. 그 체계를 모르는 사람은 이미 검증되어 사실로 인정받는 것을 근거없이 의심하거나, 사실로 확인되지 않은 것을 사실이라 믿어버리기 쉽습니다.

과학혁명의구조라는 책이나 여타의 과학사 교양서적을 참고하면 많은 도움이 될 겁니다. SeeAlso: 과학혁명의구조

과학적 방법론에 대해 조금 쉽게 생각해 볼 필요가 있을 것 같습니다. 정말 쉬울까?

• 지식을 습득하는 방법에는 크게 관습, 권위, 직관, 과학적 방법(method of science)이 있습니다.
  
• 과학적 방법에 의해 얻어진 지식을 과학적 지식이라 합니다.
  
• 과학적 지식은 경험성(empiricism), 재생가능성(reproducibility), 객관성(objectivity)이 있어야 합니다.
  
• 경험성이란 인간의 감각으로 인식이 가능해야 한다는 얘기입니다. 죽음 후의 세계를 인식할 수 있는 어떠한 방법도 없기 때문에 현재는 죽음은 과학의 영역에서 과학적 방법론으로 다룰 수 없습니다. 하지만 관습적으로, 권위적으로, 직관적으로 다룬 예는 많이 있죠.
  
• 재생가능성이란 일정한 조건 하에서 연구에 사용했던 방법과 절차를 되풀이할때, 누구나 납득할 수 있을 정도의 같은 결론에 도달할 수 있어야 한다는 것입니다. 방법과 절차가 같다는 것은 타당성과 관련된 문제이며, 같은 결론에 도달한다는 것은 신뢰성에 관한 문제입니다. 사람마다 자신이 하고 싶은 방법과 절차를 쓰면 안됩니다. 표준화된 방법을 써야 합니다. 그리고 그 방법이 택도 아닌 걸 쓰면 안됩니다. 내가 키를 재고 싶다면 키를 재야지, 몸무게를 재서 키를 추정한다면 이것은 타당도(validity)가 떨어지는 것입니다. 오늘 잰 키와 내일 잰 키가 같으면 그것은 신뢰도(reliability)가 있는 것입니다. 하지만 아침에 잰 것, 밤에 잰 것이 어떤 때는 컸다가 어떤때는 작았다가 시도 때도 없이 널뛰듯 변한다면 그것은 신뢰도가 없는 것입니다.
  
• 객관성이란 계량화하여 측정할 수 있어야 한다는 것입니다. 우리는 측정할 수 없는 것을 과학적으로 다루지 못합니다.
  
  

이상을 만족시키는 것이 과학적 방법론입니다. 과학적 방법론이 항상 올바른 진리로 이끄는 것은 아닙니다. 그것은 분명히 한계를 지니고, 특정한 오류와 함정들에 취약한 경우도 있습니다. 하지만 과학적 방법론은 위의 조건들이 제대로 지켜진 상태에서는, 관습이나 권위, 직관에 의한 방법보다는 더 가치중립적이고, 편견 없이 진리를 근사해 낼 가능성이 높습니다.

오래된 유머 하나를 가지고 과학적 방법론의 적용예를 보겠습니다. 과학적 방법론의 적용은 관찰 -> 개념 -> 가설 -> 검증 의 절차를 거칩니다.

두사람이 어느 술집에서 알탕을 시켜 놓고 술을 먹고 있었습니다. 한사람은 소주를 먹고, 다른 한 사람은 막걸리를 먹었습니다. 둘다 취했습니다. 이걸 지구에 처음 온 외계인이 관찰했습니다. 그리고 이런 결론을 내렸습니다. 둘이 공통적으로 먹은 것은 알탕이니까... 알탕에 취하게 하는 성분이 있을 것이다.

알탕과 취하는 것 이 두 개념을 인과관계(causation)으로 연결시킨 것은 논리적으로 오류라 할 수 없을 것입니다. 하지만 이것은 사실이 아니고, 과학적 방법론도 아닙니다. 만약 이 외계인이 옆에 지나가는 누군가에게 물어 보았다고 합시다. 저 사람들 왜 취했죠? 그럼 금방 진실을 알 수 있었을 것입니다. 하지만 이것도 과학적 방법론은 아닙니다.

이 외계인은 알탕이 사람을 취하게 한다는 가설을 세웠습니다. 이 외계인은 사람들을 잡아 와서, 가둬 놓고 randomize 시켜서, 한 그룹은 알탕만, 다른 그룹은 알탕과 소주, 또 다른 그룹은 알탕과 막걸리를 먹일 수도 있습니다. 이것은 과학적이라 할 수 있을 것입니다. 하지만 윤리적이지 않습니다.

실험은 인과관계를 밝히는 가장 좋은 방법입니다. 하지만, 실제로 그렇게 할 수 없는 경우도 있습니다. 그래서 외계인은 지속적으로 관찰을 하기로 했습니다. 일단 그 술집에 죽치고 앉아서 사람들이 먹는 것을 관찰합니다. 알탕과 취하는 것, 소주와 취하는 것, 막걸리와 취하는 것의 상관관계(correlation) 중 소주가 가장 높았습니다. 그리고 알탕 단독은 취하는 것과의 상관이 거의 없었습니다. 이것은 처음 가설과 일치하지 않는 결과입니다.

외계인은 자신의 가설을 수정할 지도 모르고, 의지의 외계인이라면 조건들을 바꿔가면서, 분석 기법들을 바꿔 가면서 자신의 가설을 고집할 지도 모릅니다. 어쨌든, 이 외계인은 자신의 연구결과를 가지고 자신의 별로 돌아가서 발표했습니다.

누군가가 이렇게 지적합니다. 네가 본 그 술집에서의 상황은 통제된 환경이었다. 그 결과로 모든 지구인의 경우를 일반화시킬 수 있겠는가? 그렇게는 안됩니다. 통제된 환경일수록 일반화시키기는 더 어렵습니다. 통계 용어로 외적 타당도가 떨어진다고 합니다. 외계인은 땅을 칠 지도 모릅니다. 여러군데 보고 올 걸.

만약 이 외계인이 통계학에 능하였다면, 다양한 표본, 즉 다양한 술집에서 다양한 사람들을 random 하게 골라서, 반복해서 관찰했을 것입니다. 좀 더 고급 통계기법을 아는 외계인이었다면, Structured Equation Model 을 만들고 Path Analysis 를 통해서 인과관계를 밝혀 내려고 시도했을지도 모릅니다.

하지만, alcohol 의 구조와, 그것이 어떻게 술로 만들어지는지, 인체가 alcohol 에 어떻게 반응하는지, 그것의 개인차가 어떻게 되는지, 어떤 유전자가 관여하는지... 이 모든 것을 모르면 올바른 결론을 내리기는 어려울 것입니다. 이 외계인이 아무런 사전 정보를 가지고 있지 않았다면요.

과학적 방법론은 어려울 뿐만 아니라, 그 결과를 완벽한 진리라고 맹신하는 것은 위험합니다. 우리는 어떤 hidden factor 가 숨어 있는지를 전혀 모르는 경우도 있습니다. 그럴 때는 알탕이 취하게 만들었다는 결론을 내릴 수도 있습니다.

실제 상황은 이것보다도 훨씬 더 복잡할 수도 있습니다. 알탕과 막걸리의 상호작용(interaction)이 있었을 경우, 알탕의 dose 가 취하는 것에 threshold 를 가질 경우, 유전적으로 술에 강한 사람들의 그룹에서 연구를 했을 경우... 음... 외계인이 불쌍할 따름입니다. 사실 진짜 불쌍한 건 과학자들이고, 더 불쌍한 사람들은 그 사람들을 믿는 사람들이겠죠. ^^;

Q : 과학 방법론이 "측정"에 대한 것이라고 한다면, 그렇게 규정하는 순간 많은 연구대상들이 "과학"의 퍼스펙티브 밖으로 밀려나게 되지 않을까요? 측정은 "한 가지 방법"이고 과학방법론 그 자체는 아니라고, 슬쩍 부연을 해보고 싶습니다 --Closely

A : 네. 밀려나게 됩니다. 그래서 학자들 사이에도 입장 차이가 상당히 민감해 질 수 있는 부분이라고 봅니다. 하드코어하게 간다면, 그 부분을 밀어냄으로써 사회과학이 보다 과학적일 수도 있다고 봅니다. 다른 과학의 영역에서도 마찬가지이지만, 사회과학에서의 이론은 개념과 개념과의 관계로 규정됩니다. 그리고 개념은 조작적 정의를 통해서 변수로서 측정됩니다. 결국은 변수와 변수와의 관계가 이론을 구성하는 것입니다. 변수와 변수와의 관계를 탐구하고 분석하는 방법이 바로 통계학인 것이고, 개인적인 (하드코어한.. ^^) 견해로는, 통계학이 없으면 사회과학은 과학으로서 존재할 수 없다고 봅니다. --지상은

Q : 밤에 키가 훌쩍 커버리면, 그 척도는 신뢰성을 잃어 버리는 것일까요? 신뢰도를 설명하기에 좋은 예가 아니라는 생각이 듭니다. --bullsajo

A : 밤에 키가 훌쩍 커버리는 경우는 신뢰도와는 조금 각도가 다른 문제입니다. 그것은 척도의 타당도에 관련된 문제입니다. 어느 한 방향으로 치우치게 되는 체계적 오차(systematic error), 즉 편의(bias) 를 일으키는 것이고, 시계열 자료에서 흔히 나타나는 현상입니다. 이에 비해서 신뢰도를 결정하는 오차는 random error 입니다. 신뢰도는 실질분산/전체분산 으로 정의되고 전체분산 = 실질분산 + 오차분산(random error의 제곱합)로 정의됩니다. 신뢰도가 있느냐를 측정하는 가장 대표적인 방법은 test-retest correlation 을 보는 방법입니다. 예를 들어 5개의 콩의 싹이 낮에는 각각 키가 1,2,3,4,5cm 였는데 밤에는 6,7,8,9,10cm 가 되었습니다. 이렇게 되면 correlation coefficient 는 1로 완전상관, 100%의 신뢰도를 가집니다. 밤에 키가 훌쩍 커 버렸다고 해도, 모두 동일하게 증가한 것이라면 오차분산이 zero 이기 때문에 신뢰도가 없어진 것이 아닙니다. --지상은

Q : (끄덕끄덕) 그렇다면, 키를 아침에 잰 것, 밤에 잰 것... 다 다르다면 그것은 신뢰도가 없는 것입니다. 에서 다르다 할 수 있는 차이는 얼마라고 설명이 가능한 것인가요? (아, 참고로 처음 제가 질문한 의도는 밤에 키가 훌쩍 커버려서 아침에 잰키와 밤에 잰키가 완전상관을 이루지 못하고 또는 오차분산이 허용범위(?)를 넘어섰다 할지라도 척도의 신뢰성을 부정하기에는 곤란하지 않은가 하는 것이었거든요. 즉, 읽어가다 보니 그 예에서 갑자기 맥이 끊기는 느낌이 들어서 "좀 더 명쾌한 다른 예로 설명을 해 주셨으면" 하는 바램이었습니다. 그러나, 현재의 예가 적절한 것이면 제 이해가 미치지 못한 것으로 여기고 그냥 두셔도 무방한 것이구요.) (착한 학생) --bullsajo

A : 지적에 감사드립니다. 좀 고쳤습니다. --지상은

Q : (도리도리) "아침에 잰 것, 밤에 잰 것이 어떤 때는 컸다가 어떤 때는 작았다가 시도 때도 없이 널뛰듯 변한다면 그것은 신뢰도가 없는 것입니다." 이렇게 고쳐주셨습니다. 그런데 "밤에 키가 훌쩍 커버리면" 이란 말은 '환경이 현격하게 변했음'을 전제하는 것이고, 결과적으로 널을 뛸 수 밖에 없는 상황인데도 측정의 결과가 널을 뛰면 신뢰도가 없는 것인가요? 한번 더 질문을 받아 주세요. 이게 자꾸만 걸리니깐 다른 얘기가 도통 눈에 안들어옵니다. 빨리 과학적방법론의 큰 그림을 배우고 싶은데 (착한 학생) --bullsajo

A : 널을 뛰어도 되는 상황이건, 널을 뛰면 안되는 상황이건, 널을 뛰면 신뢰도가 없는 것입니다. 환경이 현격하게 변했다는 것은 체계적 오차를 만들어내고, 이건 널 뛰는 것, 즉 자기 멋대로 컸다 작았다 하는 random error 가 아니죠. 좀 더 자세한 설명은 신뢰도타당도 참고하셔요. --지상은

최근 김우재는 이 문제에 관해 깊이 생각하고 있습니다. 사회과학, 인문과학 이라는 말을 사용하면서도 자연과학적 방법론에 딴지가 걸리는 이유. 소칼의 말처럼 Science Envy 가 아니면 암울한 미래상을 영화에서 너무나 많이 보아온 세대의 공포심이 아닌가 합니다. 사회생물학이 공격을 받았던 것도 같은 맥락에서 볼 수 있습니다. 감히 과학자따위가 사회학에 도전을 하냐는 것이죠. 피터 사노우의 말처럼 우리에겐 Two Culture가 있지만 인문학은 마치 과학의 아버지처럼 행세하려는 것으로 보입니다. 학문에 계습적 우위가 있나요?

과학자들이 철학적방법론에 딴지를 건적이 있던가요? 가끔 이런 생각을 하고 이공계기피현상이라는 슬픈현실을 보면 과학자의 길을 걷는 사람들이 처량해 보이기도 합니다.

저도 그렇게 읽히던걸요? 근데 그게 잘못되어 보이지는 않아요..두 문화 사이에 서로 피해의식을 느끼는 일은 이제 없었으면 좋겠는데...노스모크가 그 대안이 될 수 있을까요..^^;; --김우재

Closely의 생각 : 과학은 일반적으로 "체계적인 경험적 지식"을 의미합니다. 다만, 오늘날에 와서는 과학이라는 개념이 "자연과학"만을 의미하고 지상은님이 말한 것처럼 계량화, 정량화가 가능한, 신뢰도높은 경험적 지식의 체계화만이 과학적 방법론이라고 하는 데 대해 별 이의는 없지만, 모든 '과학'은 계량화와 정량화 이전의 현상적인 관찰과 보고, 직관과 해석으로부터 시작한다는 걸 간과하면 안된다고 생각합니다. 과학/비과학을 나누는 선은 때로 모호하기 때문에 과학을 '과학성'이라는 정도(degree)의 틀로 파악하는 게 바람직할 때도 있다고 생각합니다. 많은 사람들이 교과서에서 배우거나 '직관적'으로 습득하는 '과학 방법론'이라는 건 실제 과학의 발달이나 연구에 잘 적용되지 않을 때가 많습니다. 과학은 인간의 지적 탐구이자 그 결과이고, 그 안에는 상당히 이질적이고 다양한 요소들이 결합됩니다. 자연과학의 일부를 모범적인 패러다임으로 받아들이는 것에 대해 우리는 그것이 유용하고 신뢰할 수 있는 다른 종류의 과학적 지식을 배제하는 결과를 낳는 것은 아닌지, 우리가 '신뢰할 수 있는 경험적 지식'의 많은 부분을 '과학이 아니다'라고 폐기하거나 혹은 '과학에 못 미친다'며 평가절하하게 되는 건 아닌지 생각해볼 필요가 있을 것 같습니다. 그래서 저는 "해석"의 가치가 폄하되는 것이 일종의 맹목이라는 우려를 갖고 있습니다. 다른 말로 하자면 저는 Consilience가 바람직하다고 생각하는 사람에 대해 특별히 반대하지는 않지만, 과연 그것이 가능한지에 대해서는 약간의 의구심을 갖고 있는 거죠. 간단하게 말하자면 지금 우리가 궁극의 통합을 할 수 있는 상태인가, 라는 현실적인 의구심이 하나, 그리고 과연 가치와 해석의 문제가 전적으로 "과학적 방법론"에 의해 해결가능한 문제인가 (그렇게 보는 게 일종의 범주적 오류라고 보는 게 제 생각이죠) 라는 원론적인 의구심이 하나, 이런 상태에요. 인문학이 "자연과학의 아버지"인 양 행세하는 것이나, 자연과학의 방법론이 "인문학을 대체"할 수 있다고 생각하거나 (혹은 전적으로 인문학의 논의들이 무용하고 쓸데없는 "말을 위한 말"일 뿐이며, 모든 "실질적이고 중요한 것들은 과학에서 나온다"고 믿거나) 저는 둘 다 바람직하지 않다고 생각합니다만, 인문학자들이 "가서 배워야" 하는 것만큼, 과학자들은 인문학적 문제의 깊이를 "이해"해야할 필요가 있다고 생각합니다. 그게 제 3의 문화-저는 그것이 지향점이지, "이미" 존재하는 것이라고 생각하고 싶지는 않아요-로 가는 길이겠지요. 각자 처한 위치(반드시 "인문학"과 "자연과학"의 두 개만은 아니겠지요, 보다 많은 자리들이 있을 겁니다)에서 대화로 나아가는 지향이 존재할 뿐, 그것에 대한 "구체적인 모델"이 지금 제시되어있다고 생각하는 건 일종의 맹목이고 오만이 아닐까 싶어요. 그래서 브록만의 이야기에 대해서 "우려"를 표시한 겁니다. 저는 사회생물학이 현재의 '사회과학'을 완전히 대체할 수 있을 거라고 믿는다거나 현재의 사회과학의 성과들을 '무용한' 것으로 보는 것은 오만이라고 생각합니다. 좀 더 겸손할 필요가 있습니다.

김우재 : 우리가 지금 궁극의 통합을 할 수 있는 상태인가...? 이 문제는 영원히 불가능한 상태로 남을 것이라고 생각합니다. (즉 우린 언제까지고 궁극의 통합이 가능할 것인가하는 문제를 결정할 수 없습니다) 우리가 살고 있는 지금, 과학적 발견들의 속도는 너무나 빠릅니다. 인문학은 어쩔 수 없는 공격을 받게 되리라고 생각합니다. 진화론에 의해서 그랬듯이, 지동설과 무의식의 발견에 의해 그랬듯이... 그래서 대화가 필요합니다.

see also 절대성이란무엇인가,과학적이란것

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