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과학은 영어와 프랑스어 'science'는 모두 어떤 사물을 '안다'는 라틴어 'scire'에서 연유된 말로, 넓은 의미로는 학(學) 또는 학문(學問)과 같은 뜻이나, 독일어의 'Wissenschaft'는 학문(Wissen)과 명백히 구별되어 과학을 의미하며, 철학·종교·예술과 대립되는 개념으로 쓰이는 일이 많다.

좁은 의미로는 모두 자연과학을 뜻한다. 즉, 과학은 어떤 가정 위에서 일정한 인식목적과 합리적인 방법에 의해 세워진 광범위한 체계적 지식을 가리키는 동시에 자연연구의 방법과 거기에서 얻어진 과학지식이 축적되어 온 까닭에 자연과학과 같은 뜻으로 쓰인다.

1. 정의
과학이란 이제까지 아무도 반증(反證)을 하지 못한 확고한 경험적 사실을 근거로 한 보편성과 객관성이 인정되는 지식의 체계이어야 한다는 것이 필수조건이다. 따라서 신학 ·철학은 과학이라고 할 수 없으며, 보편성이 인정되는 형식논리학이나 수학은 넓은 의미의 과학에 들어간다. 그러나 이러한 학문은 이상과학 ·형식과학 ·선험과학(先驗科學)이라고 하며, 경험적 사실을 토대로 하여 성립된 경험과학(經驗科學)과는 대립된다.

따라서 우리는 일반적으로 과학방법론상 이 경험과학을 과학이라고 한다. 경험과학은 일반적으로 자연과학과 사회과학으로 나눈다. 한편, W.빈델반트나 H.리케르트는 자연과학은 설명적 과학(說明的科學)이고, 역사과학 또는 문화과학은 기술적 과학(記述的科學)이라 부르고 있으며, W.M.분트는 체계적 과학과 현상론적 과학 또는 자연과학과 정신과학으로 분류하고 있다. 물론 공학이나 의학 같은 응용과학도 과학에 속한다.

2. 방법
과학의 연구방법은 16∼17세기에 갈릴레이와 베이컨, 그리고 뉴턴에 의하여 그 기초가 확립되었다. 그 후 19세기 후반부터 20세기에 걸쳐 물리학을 필두로 하여 자연과학이 전반적으로 발전함에 따라 그 방법론상의 문제들이 많이 제기되고 검토된 결과 현재와 같은 방법론으로 다듬어졌다.

사회현상을 연구하는 분야에서는 18세기 후반부터 19세기 초에 걸쳐 A.스미스나 D.리카도에 의해서 국민경제의 과학적 연구방법이 개척되고, A.콩트에 의해서 자연과학적 방법을 모방한 실증철학(實證哲學)이 제창되었다. 이리하여 사회과학 연구에 자연과학적 방법을 도입하는 길이 활짝 열렸다.

자연과학 연구의 목적은 현상이나 법칙의 발견에 있을 뿐만 아니라 그것들을 설명할 수 있어야 한다. 새로 발견된 현상을 설명하기 위해서는 과거의 경험적 사실로부터 귀납적 방법을 쓰며, 이렇게 하여 결론을 얻기 위해서는 가설(假說)을 설정하는 경우가 많다. 가설을 설정하면 실험이나 관찰로 직접 검증할 수 있는 명제(命題)를 찾아내는 데 편리하다.

법칙(法則)도 일단 가설로 제시될 수 있으며, 그 법칙이 확실시될 때 새로운 법칙이 발견되는 것이다. 어떤 법칙, 다시 말해서 가설에 따른 예언은 무제한으로 있을 수 있으며, 그것이 실현되었다고 하여 반드시 절대적 진리라고는 할 수 없다. 몇 가지 가설과 그에 관련되지 않는 경험적 사실을 토대로 하여 더 보편적인 가설 또는 법칙을 발견할 수도 있다.

가설은 경험적 사실로부터 귀납됨으로써 일반화된다. 가령 원자구조의 가설을 설정하는데 태양계를 모델로 삼았던 것과 같이 가설은 어떤 모델로부터의 유추(類推)라고 할 수 있다. 어떤 모델을 택할 것인가 하는 것은 과학자의 지식이나 사고방식에 의존하며, 과학연구에 있어서 창조적 사고의 중요한 과제가 된다. 모델 중에는 태양계 같은 실질적인 모델과 방정식 같은 형식적인 모델이 있으며, 실질적인 모델은 실제로 존재하는 물체가 가지고 있는 성질을 추상화해서 구성하는 것이 보통이다.

연구대상과 어느 정도 공통된 성질을 가진 것을 모델로 삼고, 그 모델이 가지고 있는 다른 성질들이 연구대상에도 타당하다고 가정하여 가설을 세우는 것이 모델을 이용한 유추의 기본이다. 방대한 가설로부터 연역(演繹)하지 않고 실험을 설계하기 위해서 세운 근거가 매우 박약한 가설은 작업가설(作業假說)이라고 한다. 그러나 일반가설과 명확히 구별되는 것은 아니다.

원칙적으로 실험은 가설을 검증(檢證)하기 위해서 실시하는 것이지만, 자연계에서 복잡하게 야기되는 현상을 부분적으로 재생시켜서 관찰하려는 뜻을 가지고 있다. 즉, 실험은 분석(分析)과 불가분의 관계에 있다. 이렇게 인위적으로 조건을 설정하고 거기서 일어난 현상을 관찰하는 것이 실험이며, 따라서 실험은 우리들의 손으로 자연의 벽을 두드렸을 때 들려오는 소리를 듣자는 것이다.

자연과학에서 실험이 가능한 것은 자연현상이 재현(再現) 가능하기 때문이다. 즉, 자연현상은 동일한 조건만 설정해 놓으면 반복해서 일어나게 할 수 있다. 다시 말하면, 재현 가능한 현상에 한해서만 실험이 가능하다는 이야기가 된다. 물론 생물현상은 반드시 재현 가능하다고는 할 수 없다. 그것은 개체나 세포들이 따로따로 변이(變異)를 일으키기 때문이다.

이럴 때 변이통계를 인용하거나 어떤 조작을 한 것과 하지 않은 것을 비교함으로써 실험할 수 있다. 예전에는 사회현상은 단 한 번만 일어나는 것으로 간주하여 실험이 불가능하다고 생각했지만, 생물학에서의 실험과 비교해 볼 때 실험적 방법의 적용이 전연 불가능한 것은 아니다.

뉴턴 역학에서는 측정 가능한 기본개념으로서 시간 ·공간 ·질량을 설정하고, 다른 모든 개념은 이들 기본개념에서 유도된다. 숫자로 표현되는 개념은 주관성(主觀性)을 떠나서 객관적이며 누구에게나 똑같이 이해된다는 뜻에서 보편성(普遍性)을 가지고 있다. 법칙이 방정식으로 표시되고, 가설의 실험적 검증이 엄밀히 이루어질 수 있는 것은 모두 이 보편성 때문이다. 즉, 보편성이 만족되어야 정밀과학이라고 할 수 있다. 물론 생물학에서는 모든 분야가 측정 가능한 개념으로 성립된다고 말하기는 어렵다. 그러나 그 방향으로 접근하려고 하는 노력이 계속되어 왔다. 사회과학에서는 근대 경제학이 수량적 개념을 토대로 하여 성립되었다.

20세기 초에 P.W.브리지먼은 과학의 개념은 측정조작의 방법에 따라 정의하지 않으면 안 된다는 조작주의를 제창하여 심리학을 포함한 모든 자연과학분야의 과학자들에게 큰 영향을 주었다. 그것은 A.아인슈타인이 제창한 상대성 이론이 동기가 되어, 뉴턴 역학의 모든 개념이 수치로는 표시되어 있지만 정의 그 자체는 성질에 따라서 이루어졌다는 비판이 나온 데 근거를 두고 있다. 뉴턴의 만유인력은 행성(行星)의 운동에 관한 케플러의 법칙과 갈릴레이의 낙체(落體)의 법칙을 토대로 하고 있다. 그런데 뉴턴의 법칙이 세워지면 갈릴레이의 법칙은 그것으로부터 이론적으로 유도되며, 그 의미가 명백해진다. 우리가 일반적인 고차원(高次元)의 법칙을 찾으려고 노력하는 것은 이 때문이다.

옛날에는 사회현상은 재현이 불가능하므로 인과관계(因果關係)가 성립되지 않고, 따라서 자연과학이 법칙정립학(法則定立學)인 데 대하여 사회과학은 개성기술학(個性記述學)으로 머물러 있을 수밖에 없다고 생각했었으나, 현재는 일반적으로 역사적 사상(事象) 중에도 법칙성을 인식할 수 있다고 생각하게 되었다. 법칙이 성립되는 것은 현상들 사이에 인과관계가 성립되기 때문이라고 보는 것이 일반적 견해이다. 한편, 인과성의 객관적 보증은 있을 수 없다는 견해도 있다.

이 문제는 세계관(世界觀)의 근본적 문제로서 실재론과 경험론, 그리고 그 발전형태인 실증론과의 기본적인 대립점이다. 경험론적 입장에서는 인과성의 존재는 인정하지 않으므로 어떤 사상의 출현을 인과관계로 설명하는 것도 인정되지 않는다. 따라서 과학의 연구는 근본적으로 현상의 기술에 그칠 수밖에 없다는 기술주의(記述主義)가 성립된다. 그러나 현실적으로 과학자는 현상이나 법칙의 설명을 추구하고 있다. 이때 과학연구에서의 설명은 항상 ‘왜’라는 질문에 대한 대답이 되며, 이것이 과학적 설명이라고 부르는 연유이다.

과학적 설명의 문제점의 하나는 어디까지 설명해야 진정으로 설명한 것이 되느냐에 있다. 가령, 인과관계의 연쇄는 무한히 연장될 수도 있고 분할될 수도 있다. 실상은 ‘왜’라는 질문이 나왔을 때 이미 대답의 종류나 범위에 대한 기대가 있었으므로, 그것이 만족되면 일단 대답이 된다. 설명이 지적 만족(知的滿足)의 문제라고 하는 것도 그런 의미 이다.

3. 철학
과학에 대한 철학적 고찰 또는 그 철학적 기초를 부여하는 학문이다. 즉, 과학적 탐구의 과정에 포함된 요소를 설명하고, 형식논리학과 실제로 통용되는 방법론·형이상학 등의 관점에서 그 요소들의 타당성을 연구하는것이다. 과학철학자들은 일반적으로 인식론적 경향을 가지는 입장과 존재론적 경향을 가지는 입장으로 나눌 수 있다.

4. 자연과학사
과학의 본성을 알기 위해서는 그 기원을 더듬어 보는 것이 좋다. 원래 과학은 그 원시적 단계에서는 다만 기술에 불과하였으며, 그 기술이 모체가 되어 과학이 성립되었다. 이렇게 과학과 기술은 연계적(連繫的) 관계에 놓여 있으며, 생활을 위한 기술적 지식이 축적되어 체계화됨에 따라 법칙체계가 성립되었다. 옛날 유목생활과 농경생활에서 달력을 만들 필요를 느낀 수메르인(人)이 천문학의 기반이 된 점성술(占星術)을 발달시켰고, 이집트인은 나일강의 범람에 따른 농경지 구획정리를 위해서 기하학을 발달시켰다.

이 밖에 화학 지식의 온상이 된 연금술(鍊金術), 기적과도 연관된 의술 등이 발달되었다. 즉, 오늘날 유럽 문화의 근원은 BC 7000년경 티그리스강 ·유프라테스강 연안과 나일강 유역에서 이미 꽃피었다. 그러나 근세에 이르기까지 자연과학이 순수한 실증적 지식체계로서 확립되어 있던 것은 아니다.

일반적으로 자연과학의 탄생을 BC 7세기 그리스의 탈레스 등 밀레토스(이오니아)학파부터라고 생각하고 있으나, 엄밀히 말해서 그것은 자연철학을 뜻하는 것이다. BC 4세기 아리스토텔레스는 생물학을 바탕으로 한 경험적 자연 연구에 깊은 이해를 가지고 있었다. 그는 플라톤이 제창한 ‘이데아’에 대하여 ‘뷰시스’, 즉 자연을 주장하였다. 그의 뷰시스는 생동적인 전개를 특징으로 하고 있다. 물론 그에게도 관념적인 요소가 다분히 섞여 있었지만, 생물학에서 실증적 연구를 창시한 것과 천문학에서 점성술적 요소를 배제한 점은 주목할 가치가 있다.

BC 330년경 이미 프톨레마이오스 왕조의 수도 알렉산드리아는 이집트뿐만 아니라 세계의 상공업의 중심지였으며, 수준 높은 그리스 과학을 꽃피웠던 곳이다. 그 시대에 가장 독창적인 천문학자 ·수학자 ·역학자(曆學者)였던 아르키메데스와 기하학자인 유클리드 등 많은 저명한 학자들이 배출되었다.

중세기는 보통 과학의 암흑시대라고 불리며, 점성술과 연금술이 횡행하던 때였다. 물론 이 시대에도 과학 연구가 전혀 없었던 것은 아니고 실험연구의 지식이 축적됨에 따라 연금술은 화학 지식을 축적해 가고 있었다. 특히 이슬람 문화는 고대 그리스 과학의 전통을 이어받아 아리스토텔레스의 방법으로 발전시켜서 전유럽에 전파시켰다. 16∼17세기는 과학사상 과학혁명(科學革命)의 시대라 불리고 있다. 즉, 근대과학의 탄생과 더불어 그 발전의 기초가 확립된 시대라고 할 수 있다.

중세 그리스도교 신학의 속박으로부터 과학을 해방시키고 자율정신(自律精神)을 의식할 수 있게 한 것이 바로 코페르니쿠스의 지동설(地動說)이다. 프톨레마이오스의 권위에 항거하여 과학혁명을 일으키게 한 것이 코페르니쿠스의 지동설과 베살리우스의 인체해부학(人體解剖學)이라고 할 수 있다. 그 중 코페르니쿠스는 가설이 계산의 기초가 된다는 것을 강조하여 근대과학의 좌표를 시사하였다. 지동설은 티코 브라에의 정확한 관측 자료를 근거로 한 케플러의 행성운동의 3법칙과 갈릴레이의 태양 및 행성의 망원경 관측을 거쳐서 뉴턴의 천체역학에 이르러 확고부동한 학설이 되었다.

갈릴레이는 낙체(洛體)와 진자(振子)의 역학적 연구를 통해서 자연과학 연구방법의 기본을 제시하고, 특히 실험의 의의를 명확히 하였다. 그는 물체의 운동이 ‘왜’ 일어나는가를 묻지 않고, 관찰을 통해서 ‘어떻게’ 일어나는가를 알려고 하였다. 갈릴레이의 역학체계를 완성한 것이 뉴턴 역학이다. 뉴턴 역학은 또 자연계의 인과성(因果性)에 관한 관념을 공고히 하고 있다. 그의 저서 《프린키피아》는 자연과학에서 가장 귀중한 고전(古典)이다.

물리학은 그 후 한동안 자연철학이라는 이름으로 불리고 동물 ·식물 ·광물을 기술하는 학문은 자연사(自然史)로 불렸다. W.길버트와 뉴턴, C.호이겐스 등은 빛과 자기(磁氣)를 연구했으며, R.보일은 원소의 개념을 실험을 통하여 정의함으로써 연금술을 탈피하고 화학의 본질을 제시했고, W.하비는 혈액순환의 원리를 연구함으로써 L.데카르트의 생명기계론을 재촉함과 동시에 실험생리학(實驗生理學)의 길을 열어 놓았다. 18세기에 들어와서 뉴턴은 역학의 수학적 전개와 관련해서 미분학(微分學)의 발견의 우선 문제로 G.W.라이프니츠와 심각한 논쟁을 벌이기도 했으며, 이 시기에 D.베르누이, L.오일러, J.라그랑지, P.라플라스 등 저명한 수학자들이 대거 배출되었다.

근대화학의 기초는 플로지스톤설(說)을 타파하는 것으로서 시작되었다. 즉, J.블랙, H.캐번디시, J.프리스틀리 등이 산소 ·수소 등 많은 새로운 원소를 발견한 데 이어 A.라부아지에가 플로지스톤설을 부인하고 원소의 개념을 명백히 했을 뿐 아니라 질량불변(質量不變)의 법칙을 제시함으로써 근대화학의 토대가 확립되었다.

18세기 후반에 들어와서 칸트와 라플라스가 천체(天體)의 기원에 관한 성운설(星雲說)을 제창하였으며, 프랑스를 중심으로 발달한 생물진화 사상은 19세기 초에 J.라마르크의 진화론을 탄생시켰다. 이 진화론의 발전에는 자연현상의 인과성에 관한 관념이 배경을 이루고 있다. 지표(地表)의 역사에 관한 J.허튼의 학설은 후에 C.라이엘의 지질학에 큰 영향을 주었다. 18세기 후반에 일어난 산업혁명은 19세기에 들어오면서 급속도로 진행되어 자연과학 전반에 걸쳐 현저한 발전을 하게 하였다.

19세기 초에 J.돌턴은 원자가설(原子假說)을 제창했고, A.아보가드로는 분자가설을 제기하였다. 원자의 사상은 고대부터 있었으나 측정 가능한 원자량의 개념이 명확해지고, 자연현상이나 법칙의 설명 원리로서 확립됨에 따라 비로소 가설로서 성립되었다. 1860년대에 D.멘델레예프는 원소의 주기율을 발견하고, 미지의 원소를 예언하는 동시에 원자 자체에 어떤 구조가 있어서 분할이 불가능한 입자가 아닐지도 모른다는 것을 암시하였다.

한편, 18세기 말부터 빛 ·전기 ·열 등의 현상을 널리 연구하게 되어, T.영은 빛이 횡파(橫波)라는 것을 밝혔고, 열은 증기기관의 발명 이래 중요한 연구 대상이 되어 왔으나, K.마이어와 H.헬름홀츠가 에너지보존의 법칙을 제시한 후, 열의 본질문제에 관한 기체분자운동론이 물리현상의 통계적 방법의 필연성을 제시함으로써 과학론에 새로운 문제를 던졌다. 전자기(電磁氣)의 연구는 M.패러데이가 추진시켰으며 J.맥스웰은 빛의 전자기파설을 제창하였다. 빛의 매체(媒體)로서 생각하여 온 에테르가 부정됨으로써 뉴턴 역학을 기초로 한 고전물리학으로는 설명할 수 없는 현상이 발견되어 1900년에 M.플랑크의 양자론(量子論)이, 1905년에 아인슈타인의 특수 상대성 이론이 제시되었고, 19세기 말의 전자(電子)의 발견과 퀴리부인의 방사성원소의 발견을 근거로 하여 N.보어와 E.러더퍼드는 원자구조를 밝힘으로써 물리학의 면목을 새로이하였다.

그 후 E.슈뢰딩거의 파동역학(波動力學), W.하이젠베르크의 양자역학(量子力學)이 발표되고 또 하이젠베르크는 불확정성 원리를 제창함으로써 자연계의 인과성에 관한 관념을 뒤집어 놓았다. 그 후 현재까지 소립자론(素粒子論) 또는 물성론(物性論) 등 많은 발전이 있었고, 핵에너지의 평화적 이용에 관한 연구도 계속되어 왔다. 생물학에서는 1830년대에 세포설이 확립되고, 그 후 다윈의 진화론(進化論)이 발표되었으며, 멘델의 유전법칙이 발견되었다.

19세기 후반에 들어와서 L.파스퇴르, R.코흐 등이 미생물학을 개척하여 실험과학으로서의 생물학의 지위를 향상시켰다. 유전학은 20세기에 현저하게 발전했으며, 특히 T.모건에 의한 유전자설(遺傳子說)의 확립은 유전자가 DNA분자라는 사실이 알려짐으로써 핵산(核酸)과 단백질의 연구를 목적으로 하는 분자생물학이 탄생하였다.

5. 자연과학과 사회
자연과학과 사회와의 관계는 상대적이며, 사상면에서의 상호작용과 생산기술면에서의 상호작용의 두 면으로 생각할 수 있다. 근세 과학사상은 과학의 이상에 대하여 그 실험기술적인 면조차 외적인 것으로 보아왔다. 그러나 자연철학이 쇠퇴하고 과학의 실증성이 제창되면서부터 과학의 기술성은 도리어 과학의 내면에 속하게 되었다. 실용주의 내지 조작주의의 과학사상은 특히 실험관찰 조작의 기술성에 중점을, 논리실증주의는 논리적 ·수학적 추리의 기술성에 역점을 두고 과학이론을 생각해왔다.

이 점은 현대 물리학자들에게 건전한 실재관으로서 암시되고 있다. 그들의 자연관에서는 모두 그리스의 히포크라테스나 아리스토텔레스 이후의 자연에 대한 경건한 정신을 느끼게 한다. 그리고 그들은 무기적인 자연의 단계에서 유기적인 생명의 단계로 눈을 돌리고 있다.

뉴턴 역학의 체계는 18세기 프랑스의 계몽사상의 토대가 되었고, 19세기 생리학의 발달은 후에 양자물리학의 귀결을 생명현상이나 의식의 문제에 적용하려는 움직임을 낳게 하였다. 슈뢰딩거는 미시물리학(微視物理學)의 통계적 법칙성으로 생명현상을 설명할 수 있다고 생각하고, H.드프리스의 돌연변이설을 들어 유전자 속의 양자의 변동으로 설명하고 있다. 또, 보어나 D.요르단은 생명의 본질과 그 물리화학적 분석이 양립되지 않는 관계를 양자물리학의 상보성 원리로 설명할 수 있다고 생각하고, 한 걸음 더 나아가서 주관과 객관을 분리할 수 없는 것과 인과적 결정성과 자유의사가 모순되지 않는다고 생각하였다. 그런 관점으로 보아 하이젠베르크의 사상에서 볼 수 있는 니힐리즘도 공감을 준다.

생물학의 연구와 생명과는 이렇게 상호작용을 하고 있다. 다윈의 진화론은 자본주의의 발전기에서 자유경쟁 이념의 반영이라고 볼 수 있는 동시에 사회면에서 사상적인 영향을 주었다. 현대과학은 기술을 통하여 인간생활에 깊숙이 관여하고 있을 뿐 아니라, 과학 그 자체의 발전이 인간의 사고방식에 변혁을 요구하기까지 이르고 있고 새로운 과학혁명의 시대에 돌입하였다. 핵무기와 인공위성(人工衛星) 등의 출현은 현대과학의 정수라고 할 수 있으나, 그런 과학의 발달이 한편으로 인류 자신을 파멸로 이끌어 갈 위험을 내포하고 있는 것도 사실이며, 그것은 결국 인간을 유혹했던 뱀의 전신(轉身)이고, 따라서 자기 자신을 유혹한 인간 자신의 분신이라고 할 수 있다.

이런 자각, 즉 어떤 의미에서는 니체적인 운명애(運命愛) 없이는 현대과학에서 파생되는 문제들을 깊이 이해할 수는 없을 것이다. 가령 핵무기와 인류의 행복과의 관계 또는 과학기술과 윤리와의 관계는, 자연과학과 사회과학의 발달의 불균형 또는 부조화에 귀착되는 문제이다. 즉, 자연과학의 급진적인 발달에 대한 사회과학의 후진성을 극복하는 문제만이 해결의 열쇠를 쥐고 있다.

자연과학은 자연철학 이래 종교와 항상 대립되어 왔다. 가령 코페르니쿠스의 지동설은 가톨릭교뿐만 아니라 루터의 신교(新敎)로부터도 맹렬한 공격을 받았고, 갈릴레이는 이단자로서 심판을 받았다. 다윈의 진화론도 성공회(聖公會)로부터 공격을 받았다.

그러나 과학은 ‘과학을 위한 과학’으로 인간의 무한한 지적 탐구의 대상이 되어 왔으며, 이러한 과학정신(科學精神)의 순수함은 인간을 진리의 세계로 이끌어 주어 세속적인 생활을 초월한 종교적인 구제의 길을 열어 줄 수도 있다. 다시 말해서 과학은 인간생활에 종교적 행복을 가져다 준다고도 할 수 있다.

출처: [네이버 백과사전]