1. 간략한 『온도계의 철학』과 저자 소개

① 21세기 ‘토머스 쿤’, 장하석 석좌교수의 생애 가장 뛰어난 성취

『온도계의 철학(Inventing Temperature)』은 가장 우수한 과학철학 책에 수여하는 ‘러커토시상(Lakatos Award)’을 수상했다. 이 책은 온도계의 온도가 없던 시절 어떻게 온도를 측정하고, 개념을 만들며 온도계를 발명했는가를 다룬다. “온도계를 사용해서 온도를 재는데, 온도를 재는 온도계의 온도는 어떻게 잴 수 있을까?”라는 호기심에서 출발한 이 책은 과학사와 과학철학 양쪽 영역에서 필독서가 되었으며, 과학의 발전에 따라 잊힌 중요한 과학적 난제들을 되살려 과학의 지평을 새롭게 넓힌 책으로 평가받고 있다.
책을 통해 장하석 케임브리지대학교 석좌교수는 일약 세계적 과학철학자로 명성을 알렸으며, 러커토시상은 물론 2005년 영국 과학사학회가 과학사 분야에서 가장 중요한 기여를 한 에세이 저자에게 주는 ‘이반 슬레이드상(Ivan Slade Prize)’을 받았다. 같은 해에는 『타임스』 고등교육 부록(THES)이 선정하는 ‘올해의 젊은 학술 저자’ 최종 결선에도 진출했다. 『온도계의 철학』은 토머스 쿤의 저작들과 비견되기도 한다.
장하석 교수는 서울에서 중학교를 마치고 미국으로 건너가 미국의 명문 고교인 노스필드 마운트 허만 고등학교를 2년 만에 수석 졸업하고, 캘리포니아 이공대학교(Caltech)에서 물리학과 철학을 공부했다. 스탠퍼드대학교에서 「양자물리학의 측정과 비통일성」으로 철학박사 학위를 받았으며, 하버드대학교에서 박사후(post-doctor) 과정을 밟았다. 1995년 28세의 나이로 런던대학교 교수로 임용되었으며, 2004년 『온도계의 철학』을 발표했다. 2010년 40대 초반의 나이에 케임브리지대학교 석좌교수로 초빙되었다.

② 한국인 최초의 케임브리지 석좌교수, 형 장하준도 같은 대학 교수

장하석 교수는 『온도계의 철학』을 통해 일약 세계적 과학철학자로 명성을 알렸다. 『온도계의 철학』이 수상한 러커토시상은 헝가리 출신의 과학철학자 임레 러커토시(Imre Lakatos)를 추모하고 그의 업적을 기념하기 위해 제정한 상으로 과학철학 분야에서 최근 6년간 출판된 영문 서적 가운데 최고의 책을 골라 수여한다.
또한 장하석 교수는 과학철학자로서는 매우 드물게 과학사 분야의 학술지의 논문상(이반 슬레이드상)을 탈 정도의 뛰어난 논문을 쓰는 과학사 연구자이기도 하다. 한양대 이상욱 교수는 “전 세계적으로 과학사와 과학철학 양쪽 분야에서 장하석 교수처럼 탁월한 연구 능력을 인정받고 있는 사람은 거의 없다”고 말했다. 이렇기 때문에 이화여대 최재천 교수는 장하석 교수를 “21세기의 토머스 쿤”이라고 평가했다. 과학사와 과학철학을 동시에 연구해 ‘패러다임’이라는 혁신적 개념을 도출한 토머스 쿤처럼, 장하석 교수도 『온도계의 철학』을 비롯한 훌륭한 연구 성과를 내고 있기 때문이다.
이러한 업적으로 장하석 교수는 2010년 40대 초반의 나이에 케임브리지대학교 한스 라우싱(Hans Rausing) 석좌교수로 초빙되어 오늘에 이르고 있다. 한스 라우싱 석좌교수는 케임브리지대학교 과학사·과학철학과 소속 교수 10명 중 최고 선임교수인데, 종이팩으로 유명한 ‘테트라 라발’ 그룹의 소유주 라우싱 가(家)의 기부를 계기로 만든 직책이다. 종신직으로, 케임브리지대학교에서 한국인이 석좌교수직을 맡은 일도 처음이었다.
장재식 전 산업자원부 장관의 차남인 장하석 교수는 장하준 케임브리지대학교 경제학부 교수의 친동생이며, 장하진 전 여성부 장관과 장하성 고려대학교 교수가 그의 사촌이기도 하다. 그의 집안은 대대로 독립운동과 한국의 발전에 헌신한 인동 장 씨 명문가로도 유명하다. 또 MBC ‘PD수첩’의 광우병 보도 관련 사건을 수사해 ‘ [PD수첩] 검사’로 유명한 임수빈 전 부장검사(현 변호사)가 그의 매형이다. 2011년 장하석, 장하준 형제가 나란히 동아일보가 선정한 ‘10년 뒤 한국을 빛낼 100인’에 선정되기도 했다.

2. 『온도계의 철학』내용 소개와 의의

① 8살의 아이의 의문에서 출발한 위대한 연구의 결과물

『온도계의 철학』은 우리가 이미 교육을 받아 상식처럼 여기는 과학의 기초 진리를 우리는 왜 받아들이고 있는가라고 묻는 데에서 시작한다. 장하석 교수는 국내 언론과의 인터뷰에서 “지금은 당연하게 전기라는 말을 쓰고 있지만 처음에는 너무나 낯설고 어려운 말이었어요. 예를 들어 보죠. 왜 정전기가 생길까요? 자유전자 때문이라고요? 자유전자는 어디 있다가 나온 거죠?”라고 물었다. 장하석 교수는 우리가 당연하게, 그리고 아주 쉽게 전기나 온도라는 말을 사용하지만 그 의미를 되짚어 물어 본다면 굉장히 낯설고 어렵게 느껴진다는 사실에 주목했다.
여러 상식적인 과학 개념에서 장하석 교수는 특히 ‘온도’에 주목을 했고, “온도계를 사용해서 온도를 재는데, 온도를 재는 온도계의 온도는 어떻게 잴 수 있을까?”라는 마치 8살 아이의 의문 같은 질문을 했다.
이 간단해 보이는 질문의 답은 바로 나오지 않았다. 장하석 교수는 책의 「한국어판 출간에 부쳐」에서 “현대 물리학에서 이런 시시한 문제를 다루지도 않고, 인식론적으로 생각해봐도 아무 해답이 나오지 않았다”고 말했다. 그래서 장하석 교수는 과학 지식의 기초를 이해하기 위해 과학사를 뒤졌고, 당시 중요한 업적이 프랑스에서 많이 나왔기 때문에 프랑스어까지 배웠다. 이렇게 연구해도 위의 질문의 답이 쉬이 나오지 않았다. 장하석 교수는 온도와 온도계에 오랜 시간 빠져들었고, 결국 『온도계의 철학』이 나오는 데까지 꼭 10년이 걸렸다. “온도계 하나 가지고?”라고 질문할 법도 하다. 이런 질문에 장하석 교수는 이렇게 말했다.

“학문이란, 깊이 들어가 보면 다 그렇습니다.”

② 과학의 영역을 다시 설정한다: 상보적 과학

우리는 과학이 첨단의 무엇을 연구하는 것만이라고 생각하기 쉽다. 또 다른 한 편에서는 이미 밝혀진 사실을 갖고 문제를 해결하는 것이라고 생각하기도 한다. 장하석 교수는 이 책에서 새로운 방식의 과학 활동을 제시한다. 장하석 교수는 진정한 과학이란 탐구하고 수정해가면서 진리에 다가가는 역동적인 과정으로 성과를 위한 도구가 아니라 하나의 문화라고 주장한다.
그는 과학을 하나의 문화로 보고 과학이 역사와 철학을 포함한 인문학이나 예술 등과 교류하면서, 기존 학문의 한계를 뛰어넘는 초학제적 관점을 제공할 수 있다고 믿는다. 이 책은 ‘상보적 과학(complementary science)’이라는 초학제적 과학 활동의 사례를 보여준다. 상보적 과학은 역사와 철학 연구를 통해서 과학 지식에 기여하는 학문으로, 현대의 전문가적 과학에서 배제된 과학적 물음을 던진다.
장하석 교수는 상보적 과학의 연구 방법으로 과학사와 과학철학을 제시했다. 그는 “과학의 역사를 알다 보면 과학과 기술, 과학과 다른 학문과의 관계가 변화무쌍하다는 것을 알게 된다”며 “고대에는 과학이 철학의 일부라고 생각했을 뿐만 아니라 의학, 신학, 음악 등과의 관계도 밀접했기에 과학의 다양한 연계성을 이해할 수 있을 것”이라고 국내 언론과의 인터뷰에서 말했다.

③ 과학사를 통해 철학과 과학의 거대한 흐름을 되살린다

『온도계의 철학』은 우리나라가 사용한 섭씨온도, 미국에서 사용하는 화씨온도, 물리학자들이 사용하는 절대온도라는 개념 이전에 다양한 온도 측정 역사의 발전 과정을 짚는다.
끓는점·어는점과 같은 온도계의 고정점을 확정해 가는 분투는 물론, 한 세기 넘는 논쟁과 실험을 거치며 온도계의 눈금을 그려 수치온도계를 확립하는 노력을 담았다. 이어 수은온도계가 측정할 수 있는 범위 이상의 극한의 고온이나 저온에서의 온도 측정 방법, 그리고 그것의 이론화 과정을 다뤘다.
이런 일련의 과정은 200년이나 걸린 쉽지 않은 일들이었다. 한 번 생각해보라. 고정점을 고정하기 위해선 끓음이 무엇인지 알아야 하며, 압력을 비롯한 다양한 요인에 의해 널뛰듯 움직이는 끓는점 중 표준이 되는 어떤 점을 고정해야 한다. 그리고 우리가 사용하는 수은온도계 속의 빨간 선과는 달리 과거의 온도계는 온도에 따라 일정하게 선형으로 팽창하지도 않았다. 또 당시의 온도계는 극한의 추위에 가면 얼어붙고, 도자기의 가마 속과 같은 뜨거운 곳에서는 녹아내렸다.
온도계의 역사는 이처럼 우리의 생각보다 험난했고, 이를 극복하는 과정에서 화씨온도계로 유명한 파렌하이트, 섭씨온도계의 셀시우스, 잠열을 측정한 블랙, 열용량 이론을 발전시킨 어빈, 끓는점을 고정시킨 드 뤽과 캐번디쉬, 도예의 대가 웨지우드, 근대적 열역학 이론을 세운 윌리엄 톰슨 등의 위대한 영웅들이 등장했다.
온도 측정의 발전 과정에 대한 흥미로운 이야기를 전하는 동시에 장하석 교수는 이 과정에 대한 꼼꼼한 과학사 연구를 통해 다양한 온도 측정의 과정이 지금까지 아직 해명이 되지 않은 새로운 현상을 많이 밝혀낸 의미 있는 과학적 작업이었음을 밝혔다. 그리고 절대온도를 결정하는 과정에서 여러 형이상학적 가정이나, 규약을 도입할 수밖에 없음을 철학적으로 설명했다. 이를 통해 과학 이론이 자연의 특징을 객관적으로 잡아내고 있는 것만큼이나, 그 이론을 만드는 과학자 개인의 과학관도 반영하고 있다는 점을 보여주었다.

④ 21세기 과학철학계를 대표하는 위대한 성과

장하석 교수의 연구 스타일은 과학사와 과학철학 양 분야에 커다란 족적을 남긴 토머스 쿤(1992∼1996)의 그것과 닮았다. 토머스 쿤은 코페르니쿠스 이전에 천동설을 주장했던 사람들이 단순한 오류를 범했다든지, 고집불통인 것이 아니라 치열한 경험적 증거와 이론적 조건 속에서 천동설을 지지했던 것임을 보였다. 장하석 교수도 현재의 온도계가 만들어지기 이전에 각자의 온도계를 만들었던 사람들도 지극히 합리적으로 온도 측정법을 선택하고, 연구했다는 것을 보인다.
장하석 교수가 재조명한 빅토르 르뇨
또한, 장하석 교수는 과학자들이 상반된 경험적 증거와 다양한 이론적 조건을 종합적으로 고려해 경쟁이론 중 한 이론을 선택하게 되는데, 그 과정에서 절대다수의 과학자들은 지극히 합리적으로 그 선택과정을 수행하고서도 여전히 서로 의견이 다를 수가 있다고 주장한다.
장하석 교수는 프랑스의 과학자 빅토르 르뇨(Victor Regnault)를 다시 발굴해 자신의 주장의 사례로 잘 설명했다. 르뇨는 지금 우리에게는 잘 알려져 있지 않지만 19세기 유럽의 물리학계에서 지배적인 위치를 차지한 학자였다. 절대온도의 개념을 완성한 윌리엄 톰슨(William Thomson, 후의 켈빈 경(Lord Kelvin))조차 그의 실험실에서 수련을 했고, 르뇨에 대한 찬사를 남겼을 정도였다. 그는 아주 정밀한 실험을 통해 정확한 온도 측정용 유체를 선택하는 논증을 발전시켰다. 이러한 온도 측정에 대한 연구는 당시 유럽에서 빠르고 폭넓게 받아들여졌다. 그의 추론은 나무랄 데 없었으며, 기법은 비교할 데가 없었다. 실험과정에서의 철저함은 더욱 두드러졌다. 그리고 이론적 비판을 능수능란하게 피해나갔다. 그러나 젊은 시절 르뇨의 실험실에서 수련을 받은 윌리엄 톰슨에 의해 절대온도의 이론적 정의가 규명되며 르뇨의 연구는 빠르게 잊혀졌다.
르뇨가 톰슨에게 가렸다고 해서, 그의 연구가 의미가 없었던 것은 아니다. 장하석 교수는 경쟁하는 온도 개념의 경합과 그것을 경험적으로 측정할 수 있는 다양한 조작(혹은 실행) 방법의 역사를 통해, 현대 과학의 ‘좁은’ 의미에서는 철학적 물음이라고 생각되지만 실은 과거 과학자들에게는 논란의 여지가 없이 훌륭한 ‘과학적’ 물음이었던 것들을 다시 묻고 그에 대한 보다 체계적인 답을 제시했다. 이는 그가 과학사와 과학철학이 다른 의미에서의 ‘과학하기’를 통해 현대 과학에 대한 ‘보완’이 될 수 있다고 생각한다는 점과 일맥상통한다.

⑤ 진정한 통섭으로서의 과학 활동

장하석 교수는 이러한 과정을 통해 상보적 과학이 우리 과학 지식의 성격에 결정적인 변형을 촉발할 수 있다고 주장하며 다음과 같이 책의 끝을 맺는다.

확장하며 분화하는 현재의 전문가적 지식과 더불어, 우리는 옛 과학의 재생, 과거와 현재 과학에 대한 새로운 판단, 그리고 대안의 탐색을 결합하는 상보적 지식 체계를 더 많이 창조할 수 있다. 이런 지식은 본래 비전문가들도 접근할 수 있는 그런 것이 될 것이다. 또한 그것은 과학 지식의 기초 내용이 받아들여진 그 이면의 이유를 보여줄 수 있기에 현재 전문가들에게도 유익하거나 또는 적어도 흥미로울 수 있다. 그것은 근본에 대한 맹목적 믿음을 침식한다는 점에서 전문가들의 연구에 간섭이 될 수 있지만, 나는 그것이 실제로는 이로운 효과를 전반에 만들어 내리라고 믿는다.

3.『온도계의 철학』의 구성과 요약

① 학자와 일반 독자, 모두를 위한 과학책

이 책은 학술서이지만 전문가가 아닌 일반 독자들도 흥미를 갖고 볼 수 있다. 장하석 교수는 어린 시절 칼 세이건의 『코스모스』를 탐독했는데, 이 책을 통해 과학에의 열정을 키웠을 뿐더러 정치적·철학적 세계관을 형성했다고 「한국어판 출간에 부쳐」에서 설명했다. 그래서 그는 『코스모스』처럼 과학에 관심이 많은 모든 독자에게 다가갈 수 있도록 구성했으며, 친근한 비유를 들어 설명하고 다양한 사진과 삽화, 표를 넣어 독자들이 흥미를 느껴 지루하지 않게 읽을 수 있게 했다.
제1장부터 제4장까지는 지금은 당연하게 받아들여지는 온도에 관한 과학 지식의 역사와 철학을 다룬다. 이 장들은 역사(narrative)와 분석(analysis)으로 나뉘는 데, 역사 부분에서는 온도계의 발전 과정과, 이에 뒤따르는 당시의 철학적 논쟁을 다룬다. 분석 부분에서는 위의 역사 부분보다 더 넓은 철학적, 역사적 주제를 다루며 역사의 흐름을 방해할 수도 있는 심층 논의를 따로 떼어 담았다. 제5장에서는 앞선 네 장을 체계적이고 명시적인 방식으로 철학적으로 논의해 정리한다. 제6장에서는 이 책의 연구에서와 같은 연구로 저자가 얻고자 하는 바를 분명하게 밝힌다.
장하석 교수는 역사에 관심이 있으면 앞 쪽 네 장의 역사 부분만을 모아 읽으면 되며, 네 장의 분석 부분은 독자의 특정한 관심사에 따라 읽을 것을 권했다. 만일 상세한 역사 부분을 견디기 쉽지 않다면 제1~4장의 분석 부분과 제5장만 읽어도 괜찮다. 제6장은 주로 과학철학 분야의 직업적 학자와 학생들을 위한 부분인데, 앞선 장에 담긴 연구 내용에 흥미를 느끼거나, 혹은 이런 연구 활동을 당혹스러워하거나 혼란스러워 하는 이들이 읽으면 좋다고 말한다.

② 각 장 요약

제1장 온도계의 고정점 고정하기
지금은 잊혀 현실감이 없는, 온도계의 고정점을 찾는 옛 도전을 발굴하고, 다시 익숙해지는 시도를 한다.

역사: 물이 끓는점에서 끓지 않을 때 무엇을 해야 하나
당시 과학자들이 물의 끓는점이라는 하나의 고정점을 확정해 가면서 마주치고 극복한 놀랄 만한 난관에 관한 역사적 설명을 담았다. 주로 온도 측정의 고정점을 확립하는 과업에 관련한 분투를 논했다.

분석: 고정성의 의미와 성취
어떤 현상이 고정점이 된다는 것이 정말 무엇을 의미하는지, 그리고 이미 만들어진 표준이 없다면 고정성은 어떻게 판별할 수 있는지를 철학적으로 따져보았다. 또 성공적인 고정점 구축에 어떤 암묵적 표준들이 채용되었으며, 고정점과 그의 표준을 변호하는 데 사용된 인식적 전략을 논했다. 이에 더해 끓는점과는 다른 어는점의 경우도 살펴보았다.

제2장 정령, 공기, 그리고 수은
역사: 온도의 ‘실재적’ 척도를 찾아서
한 세기 넘게 논쟁과 실험을 거친 뒤 극복된 수치 온도계의 정립을 위한 과학적인 노력과 철학적 난제의 해결과정을 담았다. 고정점들이 합리적인 수준에서 확립되자, 고정점들 사이의 구간과 그 바깥에 있는 열의 등급들에 숫자를 매기는 절차를 서술했다.

분석: 경험주의의 맥락에서 보는 측정과 이론
당시로서는 가장 완벽한 실용적인 온도측정법을 실험적으로, 인식적으로 수행하여 온도경에서 수치온도계로 나아가는 진전을 이룬 르뇨를 다룬다. 르뇨는 관찰가능성을 확장하고, 온도 측정에 담긴 형이상학을 책임감 있게 탐구했다. 르뇨의 성취는 라플라스 이후 경험주의의 정점이었다.

제3장 그 너머로 나아가기
역사: 온도계가 녹고 얼 때의 온도 측정하기
수치온도계가 확립된 온도 범위 이상을 그 척도를 확장하는 과정을 담았다. 수은이 얼거나 끓을 때에는 온도계가 깨지거나, 녹아버린다. 이 때 온도를 어떻게 잴 것인가? 가장 높고, 가장 낮은 양 끝의 온도점을 어떻게 다루어졌는지를 담았다. 하나는 수은의 어는점 연구이며, 다른 하나는 가마의 온도를 측정할 수 있는 온도계를 만들고자 한 도예의 대가 웨지우드의 노력이다.

분석: 태생지 너머로 나아가는 개념의 확장
경험하여 확립된 지식을 그 영역 너머로 확장하는 일의 철학적 정당성과, 이러한 작업이 갖는 의미의 주요 쟁점을 논하였다. 여기에는 퍼시 브리지먼의 조작주의 철학을 되살린 관점을 사용하여, 어떤 개념이 애초에 설명하던 현상의 영역 너머로 그 개념을 확장하는 과정을 좀 더 설명했다.

제4장 이론, 측정, 그리고 절대온도
역사: 온도의 이론적 의미를 찾아
앞선 세 장을 보면 온도 측정의 연구가 온도나 열에 관한 정밀한 이론 없이 수행된 것을 알 수 있다. 19세기 중엽까지 대부분의 온도 측정은 이론적으로 그리 이해되지 않은 채 이루어졌다. 4장의 역사 부분에서는 온도 측정법과 열 이론의 연결이 왜 그렇게 어려웠는지, 그리고 그 연결이 어떻게 성공적으로 이루어졌는지를 보여준다. 이 책에서는 통계 열역학과 같은 최근의 열역학 이론을 제외한 고전 열역학까지를 다룬다.

분석: 조작화- 사물과 행위 간의 접촉 만들기
이론을 만들고 나면 이 이론의 경험적 의미를 확인하고, 검증이 가능한지를 따져야 한다. 이를 위해선 추상적 이론 구조와 물리적 조작을 연결해야 한다. 이러한 연결 과정에서 이전까지 존재하지 않았던 의미가 창조된다. 톰슨의 절대온도도 새롭게 탄생한 조작적 의미라고 할 수 있는데, 이 절에서는 톰슨의 절대온도를 측정하려는 시도의 역사를 돌아보며, 톰슨이 행한 조작화를 살펴보고, 이러한 조작화가 잘 이루어졌는지도 함께 논한다.

제5장 측정, 정당화, 그리고 과학의 진보
측정 방법을 정당화하려고 할 때 경험주의적 토대론(empiricist foundationalism)에 내재한 순환을 발견한다. 그런 순환에 대처하는 데 유일하게 생산적인 방법은 그것을 받아들이는 것, 그리고 경험과학 내의 정당화는 정합론(coherentism)을 지지할 수밖에 없음을 인정하는 것이다. 그런 정합론 안에서 인식적 반복은 과학적 진보를 이루는 효과적 방법이 되며 결국에는 애초 확인된 체계를 풍부화하고 자기 교정을 하게 한다. 과학적 진보를 이루는 이런 방법은 보수성(conservatims)과 다원론(pluralism)을 동시에 포용한다.

제6장 상보적 과학-다른 방식의 확장된 과학: 과학사와 과학철학
상보적 과학이 과학사와 과학철학 분야가 나아갈 수 있는 생산적인 방향임을 보여주고자 한다. 상보적 과학은 우리 과학 지식의 성격에 결정적인 변형을 촉발할 수 있다. 확장하며 분화하는 현재의 전문가적 지식과 더불어, 옛 과학의 재생, 과거와 현재 과학에 대한 새로운 판단, 그리고 대안의 탐색을 수행해, 새로운 지식 체계를 더 많이 창조할 수 있다.