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Nature of Science

Defines science and discusses how science advances.

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과학이란 무엇인가?

여러분은 과학( science)  이라는 단어를 들으면 첨단장비가 갖추어진 실험실이나 위의 그림에서와 같이 하얀 실험복을 입은 연구원들이 생각나는가?  때로는 이것이 과학의 정확한 이미지이기도 하나 꼭 그렇지는 아니하다. 사전에서 과학을 뜻하는 영어단어인 "science"를 찾아보면 이는 " 지식 갖기(having knowledge)"라는 뜻을 지난 고대라틴어에 기원함을 알수 있다. 그러나 이 또한 과학의 적절한 정의가 아니다.  

과학이란 무엇인가?

과학이란 단순히 가지고 있는 지식이라기 보다는 이 지식을 얻는 것과 관련이 있다.   과학(Science) 은 증거와 논리를 기반으로 자연 세계에 대하여 학습을 하는 방법이다. 다시 말해, 과학은 사실의 정적인 집합체가 아니라 동적인 과정이다. 과학의 과정을 통하여 인류의 세상에 관한 지식이 발전되어 간다.  

과학의 목적

과학자들은 세상의 다양한 면에 관심을 가진다. 에를 들어, 어떤 과학자들은 원자나 분자와 같이 아주 작은 물체를 연구한다. 반면에 다른 과학자들은 태양이나 별과 같이 거대한 물체에 관심을 갖고 연구를 한다. 그러나 이들 과학자들 모두는 적어도 한가지의 공통점을 가지고 있다. 그들은 자연현상이 왜 그리고 어떻게 일어나는지를 알고 싶어한다. 이러한 이해를 성취하는 것이 과학의 목적이다. 

여러분은 아래 그림에서와 같은 화려한 불꽃놀이를 보고 흥분한 적이 있는가?  이 불꽃놀이는 적어도 2,000년전 중국에서 발명되었었으나 왜 그리고 어떻게 이런 불꽃이 만들어지는지는 훨씬 후에까지는 설명하지 못했다. 휘황찬란하게 퍼지는 화려한 불꽃과 굉장한 폭음의 원인을 설명할 수 있었던 것은 과학자들이 원소와 화학반응을 이해한 이후였다. 

불꽃놀이는 과학자들이 왜 이런 불꽃이 만들어 지는지를 설명할 수 있기 훨씬 전에 발명되었다.

어떻게 과학이 진보하는가?

과학에 관한 학습은 과학지식이 끊임없이 변하기 때문에 때로는 당혹스럽다. 그러나 이러한 사실이 과학을 흥미롭게 해주기도 한다. 가끔은 과학이 거대한  진전을 하기도 하나 보통은 아기의 걸음마처럼 조금씩 진보한다. 

과학의 거대한 진보은 과학자들이 중요한 새 아이디어를 도입할 때에 일어날 수 있다. 예를 들어, 1666년에 아이작 뉴턴(Newton)은 만유인력의 아이디어를 제시하였다. 사람들은 아주 오랜 동안 물체가 땅에 떨어지는 것은 지구가 그 물체를 잡아 당기기 때문이라고 알고 있었다. 그러나 뉴턴은 우주의 사물은 모두 서로 다른 물체를 끌어 당기는 힘을 가지고 있다고 제안하였으며, 이 아이다어는 오늘날 뉴튼의 만유인력으 법칙으로 알려져 있다. 

Q: 뉴턴의 만유인력의 법칙이 어떻게 과학의 발전에 영향을 끼쳤다고 생각하는가?

A: 뉴턴의 법칙은 과학자들이 다른 여러 현상들을 이해할 수 있게 해주었다. 이는 단순히 왜 물체들이 항상 땅위로 떨어지거나 아랫쪽으로 굴러 가는지만을 설명하는 것이 아니고, 다른 여러 물체의 운동도 설명해준다. 예를 들어, 행성들이 왜 태양 주위를 회전하는지를 설명해준다. 만유인력의 아이디어는 과학자들이 해왕성과 명왕성을 발견하는데도 도움을 주었다. .

 <Mercury: 수성, Vennus: 금성, Earth: 지구, Mars: 화성, Jupiter: 목성, Saturn: 토성, Uranus: 천왕성, Neptune: 해왕성, Pluto: 명왕성 >  

1,800년대 초 과학자들은 천왕성은 태양 공전 궤도에 요통이 있음을 알게 되었다. 그들은 이 요동이 아직 발견되지는 아니한 다른 행성 때문이라고 예상하고 이 미지의 행성을 찾기 위하여 하늘을 뒤졌다. 1,646년 해와성을 발견 하였을 때 그들은 찾지 못했던 행성을 다 찾은 것으로 생각했다. 천문학자들이 해왕성의 중력을 반영했음에도 불구하고 천왕성은 요동 현상을 모두 설명할 수 없었다. 그들은 명황성 넘어에 또다른 행성이 있을 것으로 예상했다. 이 행성이 1930년에 발견된 명왕성이다. 한편 2006년 국제천문영합(IAU)는 토성이 행성의 기준 하나를 만족시키지 못하기 때문에 태양의 행성에서 제외한다고 발표를 하였다. 보다 자세한 정보는 그림 아래의 사이트에서 찾아볼 수 있다.

과학의 진보는 보통 작은 증거들이 조금씩 쌓여 일어난다. 축적된 증거들은 과학자들이 이전의 아이디어를 개량하고 확장할 수 있게 해준다. 에를 들어, 과학적 원자의 아이디어가 1800년대 초에 도입되었다. 그러나 과학자들은 그후 2세기에 걸쳐 축적된 증거로 원자의 구조를 이해할 수 있게 되었다. 그들의 원자구조에 대한 아이디어는 오늘날에도 계속 확장되고 있다.  

과학의 진보는 때로는 험난한 길과 같다. 새로운 지식과 아이디어가 항상 처음부터 받아드려지는 것은 아니며 과학자들의 아이디어가 조롱을 받는 수도 있다. 지구의 대륙은 지각표면 이동설이 그 좋은 예이다. 이 아이디어는 1,900년대 초 독일의 알프레드 베게너(Alfred Wegener)가 처음 제시하였다. 베게너는 현재의 대륙둘이 그가 판게아(Pangaea) 라 이름지은 하나의 초대륙으로 구성되어 있었다고 주장하였다.  아래의 그림에서 판게아의 모습을 볼 수 있다.[ below .] 다른 과학자들은 베게너의 아이디어를 거부했을 뿐 아니라 베게너가 이러한 제안을 한 것을 비웃었다. 그러나 1950년대까지 충분한 증거들이 축적되면서 베게너가 옳았다는 것을 깨닫게 되었다. 불행하게도 베게너는 그의 아이디어가 받아드려지는 것을 보지 못하고 사망하였다.  

이 지도는 베게너가 주장한 초대륙 판게아(Pangaesa)를 보여준다. 이 판게아는 오늘날의 모든 대륙을 모두 포함하고 있었으며 지난 수백만년에 걸쳐 지금의 장소로 이동되었다.

Q: 어떤 유형의 증거들이 베게너의 아이디어를 지지하는가?

A: 몇가지 유형의 증거들이 베게너의 아이디어를 지지한다.  예를 들어 유사한 화석과 암석들이 현재는 동떨어진 대륙둘에서 함께 발견되었다. 또한 이제는 지각이 단단한 판으로 되어있고 이 판들이 용융된 암석 위를 미끄러지고 있다는 것이 알려졌다. 이는 어떻게 대륙이 이동할 수 있는지를 설명해준다. 오늘날의 대륙의 모양도 어덯게 이들이 한 때는 커다란 퍼즐과 같이 하나로 붙어 있었는지를 보여준다. 

요약

  • 과학은 증거와 논리를 기반으로 자연 세게에 관해 학습하는 한 방법이다.   
  • 과학의 목적은 자연현상이 왜 그리고 어떻게 일어나는지를 이해하는 것이다.  
  • 과학은 증거들이 쌓이고 자연 세계에 관해 지금까지 수용해온 아이디어를 대치, 정교화 및 확장하는 것을 과학자들이 허용함으로 진보된다.  

용어

  • 과학(science) : 증거와 논리를 기반으로 자연 세게에 관하여 학습하는 한 방법 

실습

아래의 에니메이션에서 제시되는 자연 세계에 대한 학생들의 질문에 답을 하라. 그리고 정답을 클릭하여 그 답이 맞았는지를 확인해보라. 

http://evolution.berkeley.edu/evosite/nature/IIIQuiz.shtml#

복습

  1. 과학을 정의하라.
  2. 과학의 목적은 무엇인가?
  3. 과학이 어떻게 진보하는지를 보여주는 예를 제시하라.  

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