과학과 비판적 사고

1. 과학과 비판적 사고 질서와 혼돈 (5월 29일)

2. (6) 질서와 혼돈의 본성 ■ 예측 불가한 혼돈(CHAOS)상태 • 단순화된 질서 파괴되어 혼돈상태로 전 이하는 과정 이해하는 새로운 방법론이 20 세기 후반기인 현재 급속히 발전 • 전이과정을 분석 결과 혼돈상태는 예측 불가능하고 이해할 수 없는 대상이 아니라 그 속에 전에는 몰랐던 새로운 규칙 성 내재 발견, 서로 연관된 새로운 질서

3. ■ 카오스의 특성 • ① 초기 값에 관한 민감한 반응 • ② 나비효과 • ③ 프랙탈(자기닮음) • ④ 자기조직(생명력)

4. (2) 질서 속의 혼돈, 혼돈 속의 질서 ■ 동역학과 결정론 • 고대인은 우주를 혼돈: 카오스(chaos)라는 말은 원래 우주 → 행성의 운동(규칙성) → 근대에는 세계가 혼돈이 아니라 질서라는 새로운 사고 • 결정론: 초기 조건이 하나로 결정되면 나중의 상태도 정확하게 한가지로 결정된다는 의미.

5. 기원전 8세기 고대 그리스 시인 헤시오도스(Hesiodos)의『신통기Theogoneia』 - 질서 정연한 우주가 생기기 이전에 큰 혼돈상태인 카오스(khaos) → '망망한 허공' - 카오스로부터 에레보스(어둠)와 뉴크스 (밤), 가이아(대지), 타르타로스(저승) → 아이텔(하늘의 빛, 정기)과 헤메라(땅의 빛, 낮) → 질서의 세계인 코스모스 • 질서: 질서가 있다는 것은 곧 예측

6. ■ 실제 세계와 혼돈 현상 • 실제 세계에는 얼른 보기에 결정론적으로 움직이는 것 같지 않은 현상이 많음 • 혼돈이라고 부르는 것도 자체로는 질서 : 마구잡이(random)의형태가 아닌 놀랄만한 규칙성이 있음을 의미 • 혼돈 현상의 발견이 제 3의 혁명이라고 주장: 새로운 패러다임(paradigm)

7. 파이겐바움의 갈래치기: 결정론적 혼돈

8. ■ 혼돈의 의미 • 혼돈스러운 것도 사실은 이미 그렇게 결정되어 있다는 점에서 실제로는 혼돈스럽지 않다고도 생각할 수 있음 • 미세한 초기조건의 차이 때문에 결과는 서로 완전히 달라짐 → 이를 현실적으로 보면 마구잡이라고 할 수밖에 없음 → 방정식의 해가 매우 불규칙한 결과를 나타내는 것으로 확인 • 나비효과(butterfly effect): 행로에 예기치 않은 사소한 일로 미래가 크게 변함

9. ◦ 로렌츠의기상모델 그림. 초기값에 대한 민감한 반응

10. ■ 혼돈과 질서(프랙탈) • 모든 것이 혼돈스럽기만 한 것이 아니고 그 속에 사실은 놀라운 질서 → 결정론적 혼돈이 만들어 내는 질서의 구조

11. ◦ 프랙탈이란? • 프랑스의 수학자인 만델브로트 만델브로트는1967년 '사이언스'에 「영국을 둘러싸고 있는 해안선의 총 길이는 얼마인가」라는 제목의 글 발표 • '프랙탈' 용어는 만델브로트가IBM 연 구원 근무 중 자신이 연구하던 것들을 책으로 출간하기 위해 책의 제목을 생 각하다가 라틴어의 Fractus라는 낱말을 발견, FRACTAL이라는 용어를 만들었다는 설

12. ◦ 프랙탈이란? • 프랙탈의 속성 - 자기 유사성(Self-Similarity) - 순환성(Recursiveness) • 프랙탈의 예: 고사리, 코호곡선, 만델브로트 곡선 등

13. 코호 곡선 고사리

14. 만델브로프

15. 만델브로프

16. 세르핀스키

17. 보편성 (universality) - 프랙탈의 또 다른 속성 - 여러 계들의 다양한 혼돈 현상이 많은 경우에 똑같은 정량적인 구조를 가진다는 것을 의미

18. ■ 기타 혼돈 현상 • 생물계에도 혼돈현상: - 심장 박동을 전기 신호로 보는 심전도 - 뇌의 전기 신호를 보는 뇌파 • 사회현상: - 경기가 주기적으로 순환하지 않고 때로는 아주 혼돈, 주식시세가 혼돈

19. ■ 혼돈 현상들의 근원 - 외적 강제력의 영향 - 내재적인 요인

20. (3) 질서와 혼돈의 조화 ■ 혼돈 현상은 인간의 한계성을 느끼도록 해 주는 주제 - 인간이 제아무리 애를 써도 초기 조건을 완벽 통제 원리적으로 불가능. - 현대문명의 여러 병폐 기인 위치 지시

21. ■ 질서와 혼돈은 서로 분리할 수 있는 것이 아니라 상호보완적 • 결정론적인 질서와 달리 혼돈에서는 초기 조건의 조그만 차이로 완전히 다른 결과 • 주위 환경 등의 상황에 유연하게 적응 • 혼돈이론은 생태계나 사회 상황이 변할 때 대처 방법에 있어서 중요한 역할을 할 수 있음 • 사회의 경우 충분한 시간이 지난 후 대체로 안정된 질서의 상태 • 혼돈은 새로운 가능성을 의미 • 카오스란 혼돈, 무질서를 뜻하는 말, 무질 서의 정반대인 질서가 필연적인 관계 → 카오스는 무한한 질서, 풍부한 새로운 구조를 자유롭고 역동적으로 자기 조직하는 능력, 무한한 창조성 • 현대 과학과 사회 현상에서는 불확실성이 점차 커지는데 개체가 무질서 하더라도 집단적으로는 규칙과 질서가 있으며 위기의 시대에서는 새로운 질서가 가능함을 보여줌 • 21세기는 종전의 과학 패러다임을 깨고 생명 패러다임의 틀 안에서 새로운 방향으로 성장해 갈 것이라고 예상 • 혼돈과 갈등에서 벗어나 생명의 틀 속에서 창조적인 발전을 해 나가야 함을 의미

22. 과학과 비판적 사고 과학과 사회의 문제 불치병의 정복은 가능한가? (5월 30일)

24. 1) 전쟁과 사회문제 (1) 전쟁에 의한 과학기술의 발달과 무기생산 ■ 전쟁은 과학과 기술의 발달에 특히 큰 영향을 미쳤는데, 이 또한 과학․기술․사회 의 관계에 대한 새로운 관점과 인식을 제공함

25. 아르키메데스‘투석기’

26. ○세계 최초의 전자 계산기 에니악(ENIAC) 과 일본의 히로시마에 떨어진 원자폭탄은 제2차 세계대전 중에 개발되었음 ∙원자폭탄: 원자폭탄이란 우라늄․플루토늄 등의 원자핵 분열에 의해서 얻어지는 에너지를 이용한 폭탄이며, 최초의 원자 폭탄은 1942년 맨해튼 프로젝트에서 개발하였음.

27. 원자폭탄 투하 후………. • 많은과학자들로 하여금 깊은 자책감을 느끼게 함 • 원자과학자연맹을 결성하여 핵무기 사용 방지하기 위한 국제적 관리를 위한 정치적 활동을 전개 • 1946년 미국 과학자 연맹 - 국비경쟁을 정지시킬 것을 제안 - 국제 안보에 관련된 과학 기술 정책 및 공공 정책의 분석과 대안을 제시 - 국민의 알 권리를 추구하여 일반인에게 과학적 자료와 과학적 시각 및 현실 정치에 대한 지식을 알림. • But, 여전히 과학과 국가, 전쟁과의 관계는 이전 상황과 근본적으로 다르지 않음

28. ■ 최초의 인공위성 스푸트닉(Sputnik)도 군사적 목적으로 개발되었으며 우주왕복선, 우주정거장도 순수한 과학적 발달보다는 무기나 군사적 목적이 깔려 있음 • 스푸트닉: 1957년 구소련에서 발사한 세계 최초의 인공위성 • 아폴로 11호 : 인류 최초로 달에 착륙 한 우주선. 암스트롱(Neil Armstrong)과 올 드린(Edwin Aldrin, Jr.) 탑승 • 우주왕복선 : 미국항공우주국(NASA)이 개발한 우주수송수단으로 스페이스 셔틀이라고도 한다. 우주공간과 지구 사이를 몇 번 이고 반복해서 왕복할 수 있도록 만들어진 유인우주선 • 우주 정거장 : 지구궤도에 건설되는 대형 우주 구조물로 사람이 반영구적으로 생활하면서 우주실험이나 우주관측을 하는 기지. But, 냉전이 무너졌으나, 국제사회에서 패권을 쥐기 위한 전쟁을 여전이 지속되고 있으며, 첨단 과학으로 인한 최첨단 무기들은 상상 이상의 기능을 발휘하는 상황 과연 인류에서 무엇을 가져다 줄 수 있는가에 대해 심각하게 생각해 볼 필요가 있음.

30. ■ 전쟁에서 선보인 신무기들 ○ 제 1차 대전 : • 독일군의 기관총과 독가스 • 57mm의 곡사포와 기관총 2대를 탑재한 28.5톤 무게의 영국의 전차 ○ 제 2차 대전 : • 원자폭탄과 이를 투하시키기 위한 미국의 초공위 요새 B-29 폭격기 • 레이더

31. 1차 세계 대전이 과학 기술에 주는 영향 • 조직적인 국가 지원을 통해 이전에 볼 수 없었던 새로운 무기가 등장하였고, 전쟁의 양상을 바꾸어 놓음 • 전쟁이 과학 기술의 발전을 가속화 시키는 데 영향을 미치며, 과학 연구의 양상을 크게 바꾸어 놓음 • 연구의 재정적 규모가 이전에 비해 커졌으며, 새롭게 생긴 연구 분야 중 전쟁과 관련된 영역이 많아짐.

32. 1차 세계 대전을 통해 알 수 있는 시사점 • 과학과 전쟁과의 관계 및 과학자의 역할에 대해 되짚어 보아야 함을 일깨워 줌 예) 하버( 암모니아 합성법에 사용되는 질산염을 이용해 독가스 개발, 염소 가스 개발) - 암모니아 합성을 통해서 비료 개발 => 인류를 구원 => 노벨 화학상 - 무조건적이고 맹목적인 연구 행위 는 수많은 생명을 빼앗아감. - 제 2차 세계 대전에서 유대인 학살 도구로 사용됨

33. 월남전 : 요구르트 한 병 분량으로 10만 명의 목숨을 빼앗는 고엽제 • 걸프전 : ∙미사일을 잡는 패트리어트 미사일 ∙레이다망에 잡히지 않도록 표면을 전파를 흡수하는 스텔스기 ∙TV카메라 정밀유도 폭탄

34. 아프간전: ∙1100～1600km 떨어져 있는 목표물을 정확히 공격할 수 있는 크루즈미사일 ∙34톤의 각종 폭탄과 미사일을 탑재할 수 있고 최고 속도는 마하 1.25인 초음속 폭격기 B-1 ∙GPS위성으로 유도되어 정확하고 날씨의 영향을 받지 않으며, 목표물을 조준해주지 않아도 스스로 목표물을 찾아가는 폭탄 및 미사일 ∙180마일 밖의 항공기에서 발사돼 목표 물을 정확히 제거하는 '살인 레이저'

35. 가치를 꿈꾸는 과학자 • 라이너스폴링(Linus Carl Pauling) • 미국의물리 화학자이면서 평화 운동가 • 맨하탄 프로젝트에 참여하길 권유받았으나거절 • 원자과학자 비상위원회 활동을 통해서 반핵 운동 참여 • 1957년 핵실험 금지를 위한 서명 운동 및 강연을 통해 핵실험의 위험성을 대중에게 알림. =>과학의 사회적 책임에 대해 인식하고 있었기 때문

36. 어떻게 해야 하는가? • 과학자들이 전쟁에 대해 스스로 바른 길을 가려고 노력하는 것이 지식인으로서의 의무 • 과학자를 포함한 사회 구성원 전체가 전쟁의 의미, 과학과 전쟁과의 관계에 대한 깊은 자각과 통찰력을 지녀야 하며, 서로간의 의사소통이 활발이 이루어져야 함. • 전쟁은 옳지 않다는 명제와 자국의 이익과 생존 사이의 갈등에서 인간의 양심을 지키기 위한 노력을 함께 실행해 나가야 함.

37. 과학 기술자의 책임과 윤리 • 사회 발전의 기초는 과학기술에 있으므로 과학 기술자들이 책임 의식을 가지고 연구 개발 활동에총력을 기울여야 한다는 것을 의미할까? • 오늘날 과학 기술은 수많은 사회적, 윤리적 차원의 문제와 결부되어 있으므로 과학 기술자들이 자신의 연구 개발 활동과 그 결과물에 대해 일정한 책임을 져야 한다는 것을 의미할까? • 전자와 후자 중 어떠한 관점으로 바라봐야 할까?

38. ♦ 전문직으로서의 과학 기술 • 첫째, 전문직업에 필요한 지식과 기술을 획득하고 특정한 문제에 대하여 신중하게 판단할 수 있는 능력 • 둘째, 그 분야에 속한 사람들로 특정한 조직을 형성하며 그것은 한 사회로부터 일정한 자율성을 가짐 • 셋째, 전문가들은 개인적인 이익을 넘어 공공선을 위해 행동할 수 있는 능력

39. ♦ 과학 기술 직업인의 특수성 • 첫째, 과학 기술 활동에서는 자격증이 담당하는 역할이 미비함 • 둘째, 과학 기술자들은 피고용인의 신분을 가지는 경우가 많음 • 전문직업인으로서의 지위를 하락시키는 것으로 해석될 소지가 있음 • But, 과학기술자의 사회적 책임에 대한 근거가 더욱 강화될 수 있음.

40. 바람직한 연구 실천 • 연구윤리(research ethics) - ‘진실성’ 에 해당하는 ‘integrity’ 를 확보하기 위한 논의와 실천 - 바람직한 연구가 무엇인지를 압축해서 표현한 단어로서 절차적 투명성과 내용적 객관성을 포괄하는 개념

41. ♦ 연구 윤리가 포함하는 범주 • 과학 연구의 과정 • 연구 결과의 출판 • 실험실 운영 • 생명 윤리 • 과학기술자의 사회적 책임

42. ♦ 연구 윤리의 실제적 문제 • FFP (Fabrication, Falsification and Plagiarism, FFP) • 과학 연구의 과정에서 데이터 혹은 이론을 위조, 변조, 표절 • 위조: 존재하지 않는 데이터나 연구 결과를 인위적으로 만들어내서 그것을 기록하거나 보고하는 행위 • 변조: 연구와 관련된 재료, 장비, 공정 등을 허위로 조작 하는 것, 데이터나 연구 결과를 바꾸거나 삭제하는 것을 통해 연구의 내용이 정확하게 발표되지 않도록 하는 행위 • 표절: 다른 사람의 아이디어, 연구과정, 결과, 말 등을 적절한 인용 없이 도용하는 행위에 해당하는 것

43. 연구 결과의 출판 윤리 강화 • SCI(Science Citation Index) • SSCI(SocialScience Citation Index) • A&HCI(Arts and Humanities Citation Index) • 인용지수(impact factor) • 제 1저자(the first author) • 교신저자(corresponding author) • But, 명예 저자 표시(hornorary authorship) 은근절되어야 함

44. 우리나라의 경우……. • 황우석 사건을 계기로 연구 윤리에 대한 집중적인 학습과 본격적인 대책을 강구 • 연구 부정 행위와 바람직한 연구 실천 사이에는 수많은 연구 부적절 행위(Questionable Research Practice, QPR) 이 존재 • 연구 부정 행위를 검증하기 위한 기구와 절차 마련된 상황 : 대학, 정부 출연 연구 기관, 연구관리 전문기관 등의 연구진실성위원회(Office of Research Integrity, QRI)를설치하여 자체 검증 시스템을 구축

45. 서울대학교 연구진실성위원회 조사 절차

46. 연구실 밖의 과학기술자 • 과학기술과 사회의 관계가 밀접해 지면서 사회 문제를 과학 기술과 분리하여 생각하기 어려움. • 과학기술자는 지식은 단순히 전달하는 것이 아니라 일반 대중이 무엇을 요구하고 있는지를 파악하고 그것에 따라 자신의 지식을 재구성함으로써 상호 이해를 촉진함. • 과학기술자들은 전문가로서 발언하거나 증언하는 기회를 가짐 : ‘전문가 증언(expert witness)’ - 공정회나 법정을 통해 이루어 짐 - 과학기술에 대한 전문가로서 사실을 말하고 정보를 분석 - 특정한 문제점을 평가하고 의사결정을 내리는 과정에서 자신이 분석하고 제안한 내용을 효과적으로 전달 및 수용하도록 함 - 자신이 거의 모르는 사람들에 의해 둘러싸여 있다는 점을 인식 => 상당한 지식과 경험이 필요

47. 연구실 밖의 과학기술자의 역할 • 과학의 긍정적 측면을 극대화하고 부정적 측면을 최소화함으로써 과학 기술의 건전한 발전을 도모해야 하는 책임을 지녀야 함. • 기존의 과학 기술이 인류를 위협하는 방향으로 활용되고 있다면 과학 기술자는 문제를 제기할 수 있어야 함. 1948년 세계 과학자 연맹이 채택한 과학자 헌장 “ 과학자라는 직업에는 시민이 일반적인 의무에 대해지는 책임 외에 특수한 책임이 따른다.” 는 점을 자각하고, “특히 과학자는 대중이 가까이 하기 어려운 지식을 갖고 있든지 혹은 그것을 쉽게 가질 수 있기 때문에 이런 지식이 선용되도록 전력을 다하지 않으면 안 된다.” - 과학자는 과학에 대하여 과학 연구의 건전성을 유지, 과학적 지식의 억압과 왜곡에 대해 저항, 과학적 성과를 완전히 공표 - 과학자는 사회에 대하여 자신의 분야가 당면한 경제, 사회, 정치적 문제들이 지니는 의미 연구, 모든 지역의 생활 여건과 노동 조건을 평등하게 개선하기 위한 연구를 진척, 그러한 지식이 실행에 옮겨질 수 있도록 노력 - 과학 기술에 발생하는 윤리적 문제를 미리 생각하여 과학기술에 적용, 건강한 공동체 형성, 올바른 방향으로 과학 기술이 발전하도록 노력

48. 2) 질병과 삶 ■ 문명의 발달이 야기하는 질병 ○ 수렵 채취 생활과 농경 생활의 차이 • 수렵 채취 생활을 했던 인류의 조상들은 다양한 음식을 섭취하고, 운동량이 많았으나 자연에서 위험에 노출되는 경우가 많아 평균 수명이 짧았음. • 농경 생활을 하면서 식량의 대량 생산이 가능해지면서 단일 작물의 재배에 의한 생태계 파괴, 식단의 단순화, 평균 연령의 증가로 인한 고령화 사회가 점차 대두됨

49. ○ 현대인의 식단에 의한 부작용 • 밀 한 알에는 과일 한 개에도 못 미치는 소량의 비타민이 들어있다. 단순화된 식단은 영양분의 고른 섭취를 어렵게 하고 있음 • 현대인은 음식물의 섭취량에 비하여 운동량이 너무나 적고, 이는 결국 사람을 비만에 이르게 함.

50. 석기 시대에 구할 수 있었던 가장 당분이 많은 과일에 비해 현대인이 즐겨 찾는 쵸코렛과 사탕에는 수십 배의 당분이 포함되어 있음→비만과 충치의 원인 • 햄버거, 콜라, 감자튀김, 피자 등은 적정한 1회 식사량보다 훨씬 많은 열량 제공