과학에서 '결정론'이란 무엇인가?

물리학의 역사와 철학 12장

Feb 15. 2025

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과학은 연역법이든 귀납법이든 '이론'들의 집합이라고도 할 수 있다. 이론이라는 것은 예측가능성을 제공하며, 어제의 기록을 보면 이론을 통해서 오늘과 내일을 볼 수 있다. 이러한 이론은 우주가 결정되어 있다라고 하고, 어떤 범위나 궤도에 있을 가능성이 높은 이유 역시 결정론의 경우의 수에 따른 것이다. 이론으로 가득차 있는 우주에서 실험과 검증이라는 것은 이론의 최적화를 찾아가는 과정이다. 언제나 이론 이전에 더 많은 합리적인 법칙들이 있고, 일정한 상수가 있다. 결정론자들은 자신들이 불안한만큼 결정론을 더욱 양성한다. 결정론을 통해서 '안정화된 사회'를 추구하고, 변수가 발생하기 전에 미리 처리하고 싶은 마음이 결정론을 부추기기도 한다. 과학에서 결정론을 믿는다면, 분명히 어떤 사건은 의미가 있고 과거에서 미래로 연결되며 필연적으로 일어난다고 할 수 있다. 이러한 결정론은 과학에서뿐 아니라 종교에서도 그리고 사회에서도 자연스럽게 통용되고 있다. 오늘은 결정론과 비결정론에 대해서 함께 고민해보자.

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1. 결정론이란 무엇인가?

결정론(Determinism)은 자연 세계에서 일어나는 모든 사건이 원인과 결과의 법칙에 따라 일어난다는 이론이다. 결정론에 따르면, 결정의 과정 그리고 기본개념을 알수 있다면 모든 사건을 예측할 수 있다고 본다. 결정론은 과학에서 중요한 역할을 해왔으며, 고전 물리학에서 특히 큰 영향을 미쳤다. 이 개념은 주로 물리학, 철학, 심리학 등에서 다루어지며, 자유의지와 우연성에 대한 논쟁과 밀접한 관련이 있다. 결정론은 과학과 철학에서 중요한 개념으로, 우주에서 발생하는 모든 사건이 법칙에 의해 필연적으로 발생한다는 믿음을 바탕으로 한다. 물리적 결정론은 뉴턴 역학의 법칙으로 설명되며, 양자 역학에서는 불확실성의 요소가 도입되었으나 여전히 결정론적 해석이 부분적으로 남아 있다. 결정론은 행성의 운동부터 인간의 행동에 이르기까지 다양한 현상을 설명할 수 있지만, 자유의지와 우연성에 대한 철학적 논쟁을 촉발시킨다.

결정론의 기본 개념

우주에서 일어나는 모든 사건은 이전 사건에 의해 완전히 결정된다. 이는 현재 상태(원인)를 충분히 알고 있다면, 미래 상태(결과)를 완벽하게 예측할 수 있다는 의미이다. 따라서 결정론적 세계에서는 우연이나 자유의지는 존재하지 않으며, 모든 것이 이미 필연적으로 정해져 있다는 관점이다.

인과관계(Causality): 모든 사건은 이전 사건에 의해 결정된다.

예측 가능성(Predictability): 모든 사건은 충분한 정보를 알면 예측할 수 있다.

필연성(Necessity): 우주의 모든 사건은 필연적으로 발생하며, 다른 결과는 불가능하다.

2. 결정론의 유형

결정론은 다양한 형태로 나눌 수 있으며, 각각의 과학적 이론과 관련이 있다. 과학에 있어서는 기본적으로 '결정되어 있는 우주'를 가정하고 다양한 분야에서 세계관을 전파하고 있다고 볼 수 있다. 과학적 세계관의 시작은 고전물리학이다. 고전물리학에서는 결정론적인 관점이 지배적이고 특히 뉴턴역학이 기본적인 전제 역시 결정론이라고 할 수 있다. 뉴턴의 이러한 결정론은 물리적인 부분에서 잘 작동한다. 그리고 물리적인 육체를 가진 생물체의 행동에 대한 예측이나 인간의 심리적인 부분에서 예측도 이러한 결정론을 기반으로 한다. 추후에 보겠지만 도구주의와 실재론의 관점에서 이러한 결정론을 접근할 수 있으며, 인식론적 결정론과 도구론적 결정론까지 살펴볼 수 있다. 여기서는 결정론의 유형에 대해서 살펴보자.

물리적 결정론(Physical Determinism)

물리적 결정론은 자연 법칙, 특히 고전 역학의 법칙에 기반한 결정론이다. 고전 역학에 따르면, 물체의 위치, 속도, 가속도 등과 같은 모든 물리적 상태는 현재 상태와 자연 법칙을 알면 미래에 어떤 일이 일어날지 정확하게 예측할 수 있다. 뉴턴의 운동 법칙이 이 결정론의 대표적인 예이다.

예시: 뉴턴 역학

뉴턴의 제2법칙인 F=ma에 따르면, 물체에 작용하는 힘과 물체의 질량을 알면 물체의 운동을 예측할 수 있다. 예를 들어, 행성의 궤도를 계산하는 과정에서 그 행성이 어느 시점에 있을지를 정확하게 예측할 수 있는 것은 물리적 결정론에 해당한다.

양자 결정론(Quantum Determinism)

양자 역학에서 결정론은 논쟁의 중심에 있다. 고전 역학의 결정론과 달리, 양자 역학에서는 입자의 위치와 운동량을 동시에 정확하게 알 수 없다는 불확정성 원리가 적용된다. 이는 양자 역학에서의 사건이 본질적으로 확률적일 수 있다는 점에서 고전적 결정론과 충돌한다.

예시: 양자역학의 불확정성 원리

하이젠베르크의 불확정성 원리는 입자의 위치와 운동량을 동시에 정확히 알 수 없다는 사실을 제시한다. 따라서 양자 결정론에서는 미래를 완벽하게 예측할 수 없고, 확률적인 예측만 가능하다. 하지만, 양자 세계에서도 일부는 확률적인 법칙에 따라 결정되기 때문에 결정론적 해석이 여전히 일부 적용된다.

생물학적 결정론(Biological Determinism)

생물학적 결정론은 인간의 행동이나 특성이 유전적 요인에 의해 결정된다고 주장하는 이론이다. 이 이론에 따르면, 사람의 성격, 행동 패턴, 질병에 대한 감수성 등은 유전자에 의해 결정되며, 환경적 요인은 상대적으로 부수적인 역할을 한다.

예시: 유전적 결정론

사람의 키, 피부색, 성격 등은 유전적으로 결정된다는 입장은 생물학적 결정론의 예이다. 예를 들어, 부모로부터 물려받은 유전자가 특정 질병에 대한 감수성을 결정하는 경우가 이에 해당한다.

심리적 결정론(Psychological Determinism)

심리적 결정론은 인간의 행동과 사고가 환경적, 유전적, 그리고 심리적 요인에 의해 완전히 결정된다는 이론이다. 이 관점에서는 자유의지나 자발적인 선택은 환상에 불과하며, 사람의 행동은 본능, 학습 경험, 유전적 요인에 의해 결정된다고 본다.

예시: 프로이트의 무의식 결정론

프로이트는 인간의 행동이 무의식적 욕구와 과거의 경험에 의해 결정된다고 주장했다. 예를 들어, 어린 시절의 트라우마가 성인이 되었을 때 특정 행동을 결정짓는 요소가 될 수 있다는 심리적 결정론은 인간의 선택이 본능과 과거 경험에 의해 제한된다고 본다.

결정론이 적용된 사례들

행성의 운동 : 고전 역학에 따르면, 행성의 위치와 속도, 그리고 그것에 작용하는 힘을 알면, 미래의 특정 시점에서 그 행성이 어디에 위치할지를 정확하게 예측할 수 있다. 이것이 물리적 결정론의 전형적인 예시이다. 이러한 방식으로 우리는 수년, 수십 년 뒤에 일어날 일식을 예측할 수 있다.

기계적 시계 : 기계적인 시계는 결정론적 시스템의 또 다른 예이다. 시계의 톱니바퀴, 스프링, 진자 등 모든 구성 요소는 일정한 물리 법칙에 따라 움직이며, 이를 통해 시간의 흐름을 정확하게 예측할 수 있다. 시계의 현재 상태(시간)와 물리적 구성 요소의 법칙을 알면, 앞으로의 시간을 예측할 수 있는 방식이다.

교통 흐름 예측 : 교통 시스템에서 각 차량의 속도, 도로 상황, 신호 체계 등을 알면 교통의 흐름을 결정론적으로 예측할 수 있다. 교통 모델링 시스템은 이러한 요소들을 바탕으로 특정 시간대의 교통량이나 혼잡을 예측할 수 있다.

결정론에 대한 반론

결정론에 대한 중요한 반론은 자유의지의 문제이다. 물리학적인 세계관 다시 말하면 결정론적 세계관에 있어서는 자유의지는 존재하지 않는다. 이상욱 교수의 강의에서도 이 부분을 확인해볼 수 있다.

결정론이 참이라면, 인간의 선택과 행동은 모두 외부 요인에 의해 미리 결정된 것이기 때문에, 자유의지가 없다는 결론에 이르게 된다. 이로 인해 비결정론(Indeterminism)이나 확률론(Probabilism)이 등장하며, 특히 양자 역학에서는 사건이 확률적으로 일어난다는 점에서 결정론을 수정하거나 보완하는 관점이 제시된다.

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3. 존재론적 결정론과 인식론적 결정론

존재론적 결정론과 인식론적 결정론은 결정론의 양대산맥이라고 할 수 있다. 이러한 결정론에 대한 두 가지 다른 철학적 접근법은 둘 다 결정론의 개념을 다루지만, 그 초점과 적용 범위가 다르다. 상황에 대해서 이미 정해져있다고 보는 존재론적 결정론과 다르게 인식론적 결정론은 상황을 인식하는 방식 자체가 류적 속성 때문에 비슷하게 결정된다는 것이다. 인간이라면 관찰을 할 때 오감을 사용해야하고, 뇌의 작용에 따라서 합리적이고 논리적이며 근거를 가지고 판단을 하기 때문에 이러한 과정은 이미 인식론적으로 비슷한 결론에 다다르게 된다. 보이지 않는 것보다는 보이는 것들의 연결성을 통해서 판단하는 그런 것 말이다.

존재론적 결정론(Ontological Determinism)

존재론적 결정론은 우주의 모든 사건과 존재 상태가 이미 필연적으로 정해져 있다고 주장하는 이론이다. 이 관점에서 우주 내의 모든 사건과 현상은 원인과 결과의 사슬로 결정되어 있으며, 모든 사건은 물리적 또는 자연 법칙에 의해 완전히 규정되어 있다는 믿음이 바탕에 있다고 할 수 있다.

실재의 본질의 본질은 우주에서 일어나는 모든 일은 그 자체로 필연적이라는 믿음이 존재론적 결정론의 핵심이다. 모든 자연 법칙, 물리적 상태, 심지어 인간의 행위까지도 원인에 의해 미리 결정되어 있다고 할 수 있다.

자유의지에 대한 부정 : 존재론적 결정론은 모든 사건이 미리 결정된 것이기 때문에 자유의지라는 개념을 부정하거나, 그것을 환상으로 간주합니다. 인간의 선택조차도 우주의 법칙에 따라 미리 정해진 결과일 뿐이라고 해석한다.

인식론적 결정론(Epistemological Determinism)

인식론적 결정론은 우리가 세상을 인식하는 방식에 대한 결정론적 관점으로, 특정한 사건이나 상태가 미리 결정되어 있는 것은 아닐지라도, 인간의 지식이나 인식 과정이 필연적으로 결정된다고 주장한다. 인간이 경험을 통해 세상을 이해하는 과정이 이미 고정된 틀 안에서 이루어진다고 보는 시각이다.

지식의 제한성의 관점에서 보면 인식론적 결정론은 인간의 인식과 지식이 필연적으로 한정된 조건과 틀 안에서만 가능하다고 본다. 우리가 어떤 사건을 해석하거나 판단할 때 그것이 필연적으로 우리의 이전 지식과 경험에 의해 결정된다는 것이다.

인식 과정의 필연성: 인간이 정보를 습득하고 판단을 내리는 과정이 일정한 법칙이나 규칙에 의해 좌우된다고 믿는다. 이를 통해 인간의 지식과 경험이 특정 방식으로 인식될 수밖에 없다고 설명한다.

차이점

존재론적 결정론은 우주의 모든 사건과 존재 자체가 결정되어 있다고 주장한다. 이론적으로 모든 사건이 필연적으로 발생하며 자유의지나 우연의 여지가 없다고 보는 관점이다.

인식론적 결정론은 우리가 세상을 이해하고 인식하는 방식이 특정 법칙에 따라 결정된다고 주장한다. 여기서는 사건 자체의 필연성보다는 인간의 인식 능력의 제한성과 그 결정성에 초점을 맞춘다.

4. 결정론과 다른 이론들

과학이나 종교에서 결정론만 있는 것은 아니다. 결정되어있지 않고 어느수준에서 자유도를 개방하면 다양한 변주가 나온다. 사실 인간의 인식체계는 위에서 살펴본 인식론적 결정론에 따르면 지역에 따라서, 성장과정에 따라서, 자신이 신봉하고 있는 이론에 따라서, 자신의 경험에 따라서 달라진다. 자신이 성장하고 공유하고 있는 환경에 따라서 달라진다는 말이다. 이것을 흔히 세계관이라고 부른다. 결정론적 세계관은 과학의 핵심이었다. 17세기 계몽주의 이후에 더욱 발전한 과학적 세계관은 결정론을 중심으로 기계론적 사고와 함께 사회 전체를 진화론적 사고체계의 관점에서 보기도 한다. 진화사회학이나 진화심리학과 같은 것들이 최근까지 이어져내려온 인식론적 결정론의 핵심이라고 할 수 있다.

비결정론 (Indeterminism)

비결정론은 모든 사건이 원인과 법칙에 의해 결정되지 않는다고 본다.

특히 양자역학에서 등장하는 불확정성 원리는 비결정론의 주요 과학적 근거 중 하나이다.

자연 현상이 확률적이고 우연성을 포함할 수 있음을 강조하며, 결정론적 접근의 절대성을 비판한다.

예: 하이젠베르크의 불확정성 원리, 양자 상태의 확률적 붕괴.

자유의지론 (Libertarianism in Free Will)

자유의지론은 인간이 진정한 선택의 자유를 가지고 있으며, 그 행동이 외부의 물리적 법칙이나 원인에 의해 완전히 결정되지 않는다고 본다.

인간의 행동은 스스로의 의지에 의해 통제되며, 이러한 자유는 도덕적 책임의 근거가 된다.

도덕철학과 윤리학에서 자주 논의되며, 결정론적 시각과 종종 대립한다.

대표적 철학자: 장폴 사르트르(Jean-Paul Sartre)는 인간이 "스스로를 창조하는 존재"라고 주장하며, 완전한 자유를 강조했다.

확률론 (Probabilism)

확률론은 사건의 발생이 필연적이지 않으며 확률적이라는 관점이다.

이는 특히 현대 과학, 특히 통계학과 양자역학에서 중요한 역할을 한다.

확률론은 사건이 특정한 경향성을 가지고 발생하지만, 필연적으로 결정되지 않음을 나타낸다.

예: 방사성 붕괴는 특정 시간 동안 발생할 확률로만 예측 가능하다.

우연론 (Accidentalism)

우연론은 사건의 발생이 순전히 우연에 의해 결정된다고 본다.

이 이론은 자연 현상에서 필연적 인과관계를 완전히 부정하고, 무작위성과 우발적 요소를 강조한다.

이는 특히 결정론적 세계관을 비판하는 데 사용된다.

철학적 논의에서는 논리적 우연성과 물리적 우연성의 차이를 탐구한다.

상호작용론 (Interactionism)

상호작용론은 결정론과 자유의지론을 통합하려는 시도로, 사건이 여러 요인의 복합적 상호작용으로 인해 발생한다고 본다.

이 관점에서는 자연법칙이나 원인이 영향을 미치지만, 인간의 선택이나 비결정적 요소도 결과에 기여할 수 있다.

복잡계 이론이나 생태학적 접근에서 흔히 볼 수 있다.

예: 유전적 요인과 환경적 요인이 함께 인간의 행동을 결정한다는 관점.

실존주의 (Existentialism)

실존주의는 인간이 본질적으로 자유로운 존재이며, 자신을 창조하고 자신의 운명을 결정할 책임이 있다고 주장한다.

결정론을 거부하며, 인간이 스스로의 존재를 통해 의미를 찾아야 한다고 본다.

대표적 철학자: 사르트르와 키르케고르(Søren Kierkegaard).

예: "실존은 본질에 앞선다"는 사르트르의 주장은 인간의 자율성을 강조한다.

비선형성 및 혼돈 이론 (Nonlinear Dynamics and Chaos Theory)

비선형성과 혼돈 이론은 자연 현상이 단순히 법칙에 의해 결정되지 않고, 초기 조건의 미세한 차이에 의해 매우 복잡하고 예측 불가능한 결과를 초래할 수 있음을 주장한다.

이는 결정론의 예측 가능성을 비판하며, 자연계의 복잡성과 다양성을 강조한다.

예: 나비 효과(초기의 작은 변화가 큰 결과를 초래할 수 있음).

상호의존성 이론 (Interdependence Theory)

이 이론은 사건이 단일 원인에 의해 결정되는 것이 아니라 여러 요소의 상호작용에 의해 형성된다고 본다.

결정론적 원인-결과 관계를 단순화된 것으로 간주하며, 복잡계의 연결성을 강조한다.

현대 생태학, 사회학, 그리고 복잡계 과학에서 중요한 역할을 한다.

주의주의 (Voluntarism)

주의주의는 인간의 의지와 주체성을 강조하며, 외부 요인보다는 내적인 의지가 행동의 원인이 된다고 본다.

이는 특히 종교적 또는 윤리적 맥락에서 중요하게 논의된다.

대표적 사례: 칸트의 윤리철학에서 인간의 "실천 이성"과 자유로운 도덕적 선택 강조.

현상학적 관점 (Phenomenological Perspective)

현상학은 인간 경험의 주관성을 강조하며, 결정론적 관점이 인간 의식과 경험의 본질을 간과한다고 본다.

사건의 발생이 객관적 법칙보다는 개인의 경험과 해석에 의해 의미를 얻는다는 점을 강조한다.

대표적 철학자: 메를로퐁티(Maurice Merleau-Ponty).

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과학은 특정한 세계관을 가지고 있다. 이러한 과학의 세계관을 정리하는 학문이 과학학이다. 과학 분야에서 사용하고 있는 방법론, 인식방법, 사용하는 이미지, 공유하는 방식, 실험실의 상황이 연구에 영향을 미치는 과정 등등을 분석한다. 과학학에는 과학사회학과 과학언론학 그리고 과학사와 과학철학이 망라되어 있다. 과학이 세계를 바꾸어갔던 시기부터 지금까지 과학학의 관점에서보면 과학적인 세계관을 거의 모든 사람들이 가지게 된 과정을 볼 수 있다. 하이젠베르크의 불확정성의 원리가 나오기전까지 과학학에서 결정론은 뉴턴과 아인슈타인을 지나서 흔들릴 염려가 없었다. 그러나 양자역학의 세계로 넘어가면서 데이비드 흄과 같은 비결정론적 결정론과 같은 다양한 변주들이 시작되었다. 지금 우리가 사는 세계와 같이 비결정적인 것들이 바로 결정적이라는 것이다. 이런 방식으로 과학은 계속해서 자신의 인식론을 바꾸어 간다. 이 과정을 따라가는 것도 여간 즐거운 일이 아니다.