물은 H2O인가? : 증거, 실재론, 다원주의 (양장)

장하석

저자:장하석
케임브리지대학교과학사-과학철학과석좌교수.1967년장재식전산업자원부장관과최우숙여사의차남으로태어나서울에서고등학교1학년까지다닌후미국명문고교인노스필드마운트허먼스쿨을수석으로졸업했다.캘리포니아공과대학교에서물리학과철학을공부하였고,스탠퍼드대학교에서〈측정과양자물리학의비통일성〉이라는논문으로철학박사학위를받았다.하버드대학교(1993~1994)와유니버시티칼리지런던(1995~2010)을거쳐케임브리지대학교(2010~현재)에재직중이다.과학철학협회PSA이사,영국과학사학회BSHS회장을지냈으며,주요연구분야는18세기이후화학과물리학의역사와철학,과학적실천의철학,실재론,다원주의,실용주의,측정,증거등이다.
2004년출간된첫책《온도계의철학InventingTemperature》으로지난6년간영어로쓰인저서중과학철학에현저하게기여한책에수여하는러커토시상(2006)을받았다.2012년출간된두번째책《물은H2O인가?IsWaterH2O?》는“과학의역사와철학에서중요한텍스트가되리라확신한다”라는심사평과함께국적과소속을불문하고지난5년간과학철학에서뛰어난성취를보인저서에수여하는페르난두질과학철학국제상(2013)을받았다.2014년2월부터5월까지EBS에서연속강연한내용을바탕으로같은해출간한과학철학개론서《과학,철학을만나다》는한국과학창의재단의우수과학도서에선정되었다.2021년에는물리학의역사와철학분야에서혁신적이고영향력있는연구를수행한공로로미국물리학회APS와미국물리연구소AIP가수여하는에이브러햄페이스상을받았다.

역자:전대호
서울대학교에서물리학을공부한후칸트의공간론에관한논문으로같은대학에서철학석사학위를받았다.이어서독일학술교류처의장학금으로라인강가의쾰른에서주로헤겔철학을공부했다.헤겔의논리학에나오는양적인무한개념을주제로박사논문을쓰던중유학생활을청산하고귀국하여번역가로정착했다.영어와독일어를우리말로옮기는데,대개과학책과철학책을일거리로삼는다.고등학교시절부터시를썼으며신춘문예로등단해시집《가끔중세를꿈꾼다》《성찰》을냈다.《철학은뿔이다》를썼고,《정신현상학강독1》을옮기고썼다.《인터스텔라의과학》《위대한설계》《기억을찾아서》《로지코믹스》《헤겔》(공역)《초월적관념론체계》《나는뇌가아니다》를비롯한많은책을번역했다.

한국어판서문
감사의말
들어가는말

1장물과화학혁명
1.1요절한플로지스톤
1.1.1조지프프리스틀리|1.1.2물|1.1.3라봐지에이론의난점들|1.1.4물이원소일수있을까?

1.2플로지스톤이살아남았어야하는이유
1.2.1플로지스톤대산소|1.2.2화학혁명은정말어떻게전개되었을까?|1.2.3무게,합성,화학적실천|1.2.4플로지스톤은어떤좋은점이있을까?

1.3선택,합리성,대안
1.3.1합리성|1.3.2화학혁명에대한사회적설명들|1.3.3비정합성|1.3.4요소주의와합성주의사이에서|1.3.5반사실적역사

2장전기분해:혼란의더미와양극의당김
2.1전기분해와그불만
2.1.1거리문제|2.1.2합성으로서의전기분해|2.1.3라봐지에주의를구제하기위한가설들|2.1.4‘승자없음’은‘승리없음’이아니다

2.2굴하지않은전기화학
2.2.1합성견해는어떻게제거되었는가|2.2.2라봐지에주의를구제하기위한가설들은얼마나유효했을까|2.2.3물을화합물로보는물-화합물전기화학의특성

2.3전해질용액속깊숙이
2.3.1지저분한과학에대한연구의가치|2.3.2프리스틀리는망상에빠졌던것일까?실험실에서얻은한견해|2.3.3이온이동에관한복잡한사항들|2.3.4전지의작동방식에관한논쟁|2.3.5리터와낭만주의

3장HO일까,H2O일까?:원자의개수를세는법을터득하기까지
3.1볼수없는것을어떻게셀까?
3.1.1관찰불가능성과순환성|3.1.2아보가드로-칸니차로신화|3.1.3원자화학에서작업주의와실용주의|3.1.4미결정에서다원주의로

3.2원자화학에서다양성과수렴
3.2.1화학적원자의개념을작업화하기|3.2.2경쟁하는원자화학시스템들|3.2.3H2O합의

3.3복잡한화학에서미묘한철학으로
3.3.1작업주의|3.3.2실재론|3.3.3실용주의

4장능동적실재주의와H2O의실재성
4.1물은실재적으로H2O일까?
4.1.1실천시스템안에서의가설검증|4.1.2상상하라!|4.1.3H2O:다원주의적진리|4.1.4지식,진보,능동적실재주의

4.2능동적과학적실재주의
4.2.1우리가실재로부터배우는바를극대화하기|4.2.2비관적귀납의낙관적해석|4.2.3성공에기초한논증은어떻게실패하는가|4.2.4성숙을운운하는미성숙함

4.3표준적실재론의파리병에서빠져나가기
4.3.1진리와진리의여러의미들|4.3.2확실성함정|4.3.3구조|4.3.4지칭(쌍둥이지구여,안녕)

5장과학에서의다원주의:행동을촉구함
5.1과학이다원주의적일수있을까?
5.1.1다원성:수용에서경축으로|5.1.2일원주의와다원주의|5.1.3왜다원주의는상대주의가아닌가|5.1.4다원주의는우리를무력하게만들까?|5.1.5우리가다감당할수있을까?

5.2다원성의혜택과그혜택을얻는방법
5.2.1다원주의란무엇인가?|5.2.2관용의혜택|5.2.3상호작용의혜택|5.2.4과학사와과학철학의임무

5.3다원주의의실천에관한추가언급
5.3.1다원주의대다원주의적태도|5.3.2형이상학과인식론사이에서|5.3.3일원주의자들도도움이될수있을까?|5.3.4계속되는상보적과학

옮긴이의말
참고문헌
찾아보기

“과학에서절대적으로영원하며변경불가능한성취란없다!”
과학에서진리란무엇이고,그것을추구한다는것은어떤의미인가?
예리하고풍부한과학사적탐구와도전적인철학이융합된역작

장하석케임브리지대학교석좌교수가풀어낸물의과학,역사,철학
《온도계의철학》에이은상보적과학프로젝트두번째책

“과학의역사와철학에서중요한텍스트가되리라확신한다.”
★★★페르난두질과학철학국제상수상작★★★

물은정말H2O일까?과학자들은어떻게물은H2O라고믿게되었는가?그렇게믿게된이유는정당하고충분했을까?과학에서진리란무엇이고,그것을추구한다는것은어떤의미인가?케임브리지대학교과학사-과학철학석좌교수장하석은《물은H2O인가?》에서현대과학을조금이라도접해본사람이라면누구나알고있는가장간단한과학적가정중하나인‘물은H2O다’를탐구한다.저자에따르면,단순하고당연시되는이런과학지식이형성되고받아들여지기까지어떤어려움들이있었으며,어떤연구과정과어떤사고방식을통해그결과를얻어냈는지를알아야과학기술에대한맹신과무관심,비이성적거부를넘어설수있다.예리하고풍부한과학사적탐구를바탕으로저자는현대과학철학에서핵심주제인실재론을비판적으로검토하고‘능동적실재주의’를제시한뒤,다원주의를체계적으로옹호한다.과학사를들여다보는열린눈과도발적이면서도치밀한논증을통해물은H2O일뿐아니라다른것이기도하다는사실이드러나고,과학에서‘진리’와‘성공’의연관성은깨지며,앎(knowledge)은‘믿음’이아니라실재의저항에좌절하지않고이런저런일을의도한대로신뢰할만하게해내는‘능력’으로재탄생한다.
《물은H2O인가?》는상보적과학프로젝트의두번째책이다.상보적과학이란,과학사와과학철학의지적도구들과관점을사용하여현재의전문화된과학에서배제된과학적질문들을탐구함으로써과학지식을더발전시킬수있다는저자의과학사-과학철학적비전이다.그첫번째책《온도계의철학》이후8년만에출간된이책은“과학의역사와철학에서중요한텍스트가되리라확신한다”라는심사평과함께국적과소속을불문하고지난5년간과학철학에서뛰어난성취를보인저서에수여하는페르난두질과학철학국제상(2013)을받았다.과학책과철학책을주로작업해온철학자이자번역가전대호가저자와직접소통하며번역했다.

“다들알다시피물은H2O다.또한물은양전기를띤수소와음전기를띤산소의정전기적결합의산물이며전지를사용하여분해할수있다.또한물은(무게유일시스템에서)수소‘원자’와산소‘원자’의일대일결합의산물이다.또한물은원소이며,플로지스톤을그원소에집어넣거나그원소에서빼냄으로써그원소로부터수소기체와산소기체를생산할수있다.이밖에도많은명제들을제시할수있다.우리는논리적상호모순이발생하는방향으로이명제들을해석함으로써단하나의명제만선택하는것을강제할수도있을것이다.혹은이명제들이각각독립적으로존재하는것을허용하고,그것들각각이속한실천시스템들의장점들을환영하고발전시킬수도있을것이다.어느쪽을선택할지는우리에게달려있다.”(449쪽)

’물은H2O다‘라는명제의진리성을의심하라!
과학기술에대한맹신과무관심,비이성적거부를넘어서기위한제언
이책의’들어가는말‘에는저자의의도,책의내용과구조,독자의수준과관심에따라효과적으로읽는방법등이모두담겨있어그자체가훌륭한가이드역할을한다.그일부를여기에옮긴다.

‘물은H2O다’라는명제의단순하고유일무이한진리성을의문시하는나의작업은사람들의당혹감을일으키고통상적인전제들을교란할텐데,그것은전적으로내가의도하는바다.내가펼칠다양한논증들의세부사항과상관없이말하는데,현대과학의가장기본적인진리들을비판적관점에서꼼꼼히검토하고그진리들을부정하거나그진리들에의존하지않는과학시스템들의가능성을숙고하는것은미친짓이아니라는깨달음은사람들에게유익할것이다.생각해보면,우리가여전히존경하는정치적,철학적,과학적글들을남긴위대하고합리적인옛날사상가들중다수는물이H2O라는것을전혀몰랐다.무수한인물들중몇명만언급하면뉴튼,볼테르,흄,프랭클린,괴테,칸트가그러했다.아무튼최신과학은,물은단순히H2O라는견해를더는지지하지않는다.물은중수소를비롯한드문동위원소들을포함하고있을뿐더러,물의익숙한화학적물리적속성들은다양한이온들의존재와,인접한물분자들간의끊임없는결합및재결합에본질적으로의존한다.단일분자의화학식H2O는이같은물분자들의상호작용을은폐한다.만약에우리앞에H2O분자들이단순히쌓인무더기가있다면,우리는그것을물로알아채지못할것이다.물론‘물은H2O다’라는견해는물의구조에관한진리의중요한요소하나를담고있으며더나아가탐구에도도움을주었다.그러나그견해를영원하고절대적인진리로간주하는것은오류일것이다.오히려그견해는계속전진하는과학의서사시에서하나의중요한휴식지점이었을따름이다.이예에서다음과같은일반적인교훈을얻을수있다.즉,과학자들이이미수정한단순소박한과학적진리에교조주의적으로매달림으로써얻을수있는이득은없다.
이책은내가《온도계의철학》으로착수한‘상보적(complementary)과학’프로젝트의연장이다.이책에담긴연구들은상보적과학의약속,곧과학이외면하는과학적질문들을과학사와과학철학을이용하여다루겠다는약속을계속이행한다.전작에서나는상보적과학이산출하는지식의성격을세개의범주로분류했다.그것들은잊힌지식의회복(recovery),비판적의식(criticalawareness),새로운발전(newdevelopments)이다.물의역사에관한나의연구는이모든범주들에서성과를산출했다.
내가이책을통해내놓는것은역사연구인동시에철학연구이며또한과학연구다.나의연구에참된독창성이있다면,그것은아마도내가이세개의가닥을엮는방식에있지,어떤단일한가닥에있지않을것이다.그럼에도나는처음세장이18세기와19세기의화학사에관한그런대로독창적인업적이기를바란다.또한마지막두장은최소한참신한과학철학적관점이기를바라고,나의논의들이여기저기에서흥미롭고비정통적인과학적사유를유발하기를바란다.다루는영역이광범위하고내사고의방향이특이한까닭에나는연구의거의모든측면에서완벽한수준에전혀이를수없었다.그러나나는이책의최초제안서를검토한익명의심사위원이건넨말에서용기와위로를얻었다.실례를무릅쓰고그말을인용한다.“용감하고새로운프로젝트를추진한다면...완벽함은해로운꿈일수밖에없습니다.”(22~25쪽)

“과학의역사와철학을통합하는작업의모범사례”
이책의구성과주요내용
이책은총5장으로구성되어있다.첫세장은역사적으로구체적인내용을다루며이어지는두장은철학적이며추상적이다.각장에는깊이와세부수준에서차이가나는세개의절이있다.특히1절은비전문가들도이해할수있는수준의소개와요약으로,대중과학서로서의잠재력을지닌부분이다.2절에서는저자자신의입장을충분히설명한다.3절은전문가들이관심을가질법한세부사항과예상되는반론들을살펴본다.따라서독자는관심분야와배경지식의정도에따라원하는방식으로읽을수있다.각장에서다루는주제와논지를살펴보면다음과같다.

1장물과화학혁명
☞프리스틀리의플로지스톤vs.라부아지에의산소.플로지스톤은때이르게살해되었다!?
1장에서는수천년동안더이상분해될수없는기본원소로이해되어온물이화합물이라는것이최초로밝혀진18세기후반의화학혁명을,상보적과학의시선으로재구성한다.‘에테르’와더불어잘못된과학적개념의예로흔히거론되는‘플로지스톤’을기반으로한당시의화학은,실은매우설득력있는지식시스템이었다.반면라부아지에의화학에는당시에도많은난점들이있었으며,대표적으로‘산소’(oxygen=산acid-생산자)라는명칭자체가산성에대한그릇된이해를대표한다.저자는플로지스톤이때이르게살해되었다고결론내리며그개념이존속했더라면더좋았을것이라고주장한다.그러나이후의화학사를살펴보면플로지스톤이다른이름으로사실상재도입되었다는것을알수있다.플로지스톤을위한변론이라고도할수있는1장을읽으면,모든훌륭한변론을들을때면그렇듯이어떤쾌감마저느껴질것이다.

“나는진지한의도를품고플로지스톤주의화학시스템에대해서,그시스템의잊힌장점들과그시스템이19세기에가져올수있었을혜택들에대해서논하고있다.설령플로지스톤의상실된미래에관한나의구체적생각들이모조리부질없더라도,나의생각들을읽으면서독자의과학적상상력이해방되는효과가나기를희망한다.”(140쪽)

2장전기분해:혼란의더미와양극의당김
☞전기분해의등장!전기분해는사실분해가아니라합성이다?
:2장에서는1800년에알렉산드로볼타의파일(전지)발명으로가능해진물의전기분해를둘러싼초기전기화학의역사를살펴본다.물은원소가아니라화합물이라는라부아지에의주장이옳다면물을수소와산소로분해하는것도가능할것이다.물에금속을넣어양쪽전극을만들고전류를흘려보내산소와수소기체를얻는전기분해는,물이화합물이라는주장에대한완벽한증거처럼보인다.그런데이것이정말‘분해’라면왜두기체는한곳에서나오지않고육안상으로도서로떨어진,양극와음극에서각각나타나는것일까?실제로요한빌헬름리터는,원소인물이양전기와결합하여산소가만들어지고,음전기와결합하여수소가만들어진다는‘합성견해’를발전시켰다.이견해는현대적인이온이론이등장한19세기말까지결코최종적으로반박되지않았다.저자는이렇게아주기초적인질문에대한명확한합의없이도당대의전기화학이괄목할만한성취와진보를이루어냈음에주목한다.

“19세기화학자들과물리학자들은전기화학의이론적핵심에놓인심각한불확실성과의견의불일치에구애받지않고계속해서전기분해를발전시키고이용했다.그들은새로운실험들을결코틀리지않게해석할수있게해주는훌륭한근본이론을먼저보유하는호사를누리지못했다.그과정에서불확실성은삶에서제거할수없는사실이었다.그리하여다양한지식시스템들이동시에발전하고번성하여제각각고유하게공헌하면서서로를자극하고풍부하게만들었다.”(206쪽)

3장HO일까,H2O일까?:원자의개수를세는법을터득하기까지
☞물을만들기위해필요한각원소의원자는몇개인가?그것을어떻게알수있나?
:3장에서는화학적원자론의초기역사를추적하면서,물을이루는원소의원자가몇개인지,그것을어떻게알았는지를살펴본다.원자론을최초로다룬1808년의저서에서존돌턴은이질문에확실히답할방법이없다고솔직히인정하면서도,‘최대단순성의규칙’이라는가정을추가해물의분자식은HO라고설명했다.물은그가아는한수소와산소의유일한화합물이니가장단순한원자의조합이라고가정한것이다.현대인의눈에익숙한H2O라는분자식은아보가드로가처음제안한것인데,이아이디어는사실가설위에가설을세워얻어낸것으로,당시과학자들이보기에는전혀신빙성이없어서일반적으로받아들여지는데반세기가걸렸다.그반세기동안의원자-분자화학시스템들은최소다섯가지로구분할수있다.각시스템에는고유한목표와성공,실패가있었다.이런체계들의복잡한상호작용으로H2O라는분자식에대해서서히합의할수있었던것이다.심지어그합의시점에도H2O가옳다는절대적증명은존재하지않았다.

“삶에서도그렇지만,과학에서도마찬가지다.우리는단지우리의성공을증가시키리라고스스로진지하게믿는바를실천하면서최선의결과를바랄수있을따름이다.이전망이암울하게느껴질수도있을것이다.성공을보장하기위해서우리가할수있는일이없다는얘기니까말이다.그러나보장의포기는우리가보장없이성취해온바에대한부정을의미하지않는다.”(402~403쪽)

4장능동적실재주의와H2O의실재성
☞서로비교할수없는패러다임이있다면,모두유지해야한다.하지만그럴경우자연에대한