이건 얼마전에 써놓았던 글. 라카토스의 논의는 참 재미있다. Research Programme에 관한 책도 읽어야 되는데, 한글 번역이 나왔는지 모르겠다. 아직 원서는 무서워서 ㅠ
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응, 이부분은 개인적으로 매우 흥미롭게 보았기에, 그리고 이과생들은 이 책의 논의를 어떻게 생각하는지 듣고싶어서, 일단 책의 내용을 적고 내가 생각한 점들을 적어보도록 할께. 수학이라는 분과 학문의 발전을 다룬 내용이지만, 다른 학문 전공자들에게도 자신의 학문은 이것과 비교해서 어떻게 발전해 갔는가에 대해 인사이트를 주리라 생각해.
이책의 원제는 Proof and Refutation : The logic of mathmatical discovery야. 즉, 증명과 반박이 키포인트라는 거지. 좀 불쌍하게, 저자가 갑작스럽게 돌아가셨다네. 으음 책 구성은 1부 : 증명과 반박, 2부 : 형식적 증명으로 되어있어. 일단 서문에서, 형식주의자(논리-실증주의자)들을 조낸 까고 들어가. 음, 이걸 이해하려면 수학의 역사의 한페이지에 대해 이해가 있어야 하는데, 간단하게 말해서, 19세기~20세기 들어와서 수학을 정교화해보자! 라는 논의가 있었어. 수학이라 함은 당연히 논리학적으로도 엄밀해야 하는게 아니냐? 라는거지. 그래서 형식화, 또는 추상화라고 불리는게 일어나게 되는데, 이게 뭐냐면 수학 이론에 쓰는 말들을 최소한의 잘 알려진, 누구에게나 명확하다고 여겨지는 단어로 바꾸는거야. 그리고 이론을 하나의 (절대적인) 형식적 체계로 본거지. 이런 정교화해보자! 라는 운동이 일어남으로서 수학은 완전한 논리적, 형식적 체계이다! 라는 신념이 퍼진거야. 그래서 수학 발전이 마치 특정한 연역적 절차만 따르면 항상 이뤄질 수 있는것 처럼 이야기를 하는거지.(독단주의 수리철학, 즉 진리를 인간이 알 수 있고, 진리를 알고있다는 것도 인간이 알수 있다는, 그래서 수학의 궁극적 기초가 있다고 말하는 철학) 라카토스는 거기다가 '즐'이라고 해주는거고.
* 논의를 진행시키기에 앞서. 음. 사실 이책에 나오는 말을 요약하고 있지만, 한가지 조심해야 할 것은, 일부러 내가 개념어들을 헐겁게 쓰고있다는걸 기억하길 바래. 헐겁게 쓴다는게 무슨말이냐면, 세세한 뜻으로, 즉 학문에서만 쓰이는 정의가 된 개념으로 논의를 요약하는것이 아닌, 현실에서 일상적으로 쓰이는 언어로 서술하려고 노력하고 있어. 이것은 장점과 단점을 동시에 가지고 있는데, 장점은 좀더 쉽게 논의에 다가갈 수 있다는 점이지만, 단점은 이 책이 주는 인사이트가 라카토스가 나에게 던져준 것 중에서 내가 받아들인 것 만을 소화해서 다시 내 글의 독자에게 간다는데에 있어. 즉, 책의 세세한 개념들이 뭉그러지면서 논의 자체가 허술하게 보이거나 그런다는 이야기야.
그러니 그 점을 감안해서 글을 계속 읽어주세용 ^^
응, 그래서 책의 실제 내용은 '모든 다면체에서 v-e+f=2'라는 오일러의 추측(데카르트도 추측했기에 오일러-데카르트 추측이라 불리기도 하지)을 조낸 똑똑한 가상의 학생들이 증명하고 반박하는 과정을 그리고 있어. (그리고 그 학생들은 실제 수학자들과 대응된다네.ㅋ 주석마다 친절하게(라고 쓰고 질리도록 이라고 읽는다) 나와있어.) 이 모든 다면체에 대해서는 이미 오일러가 증명을 제시를 했어. (증명을 말하자면, 다면체의 한 면을 잘라내서 찢지 않고 평면위에 늘어놓는다고 본 뒤, 그걸 삼각형으로 잘라내는 거야.) 물론 다들 반박하지-_-; 여기서 약간 헷갈릴만한데, 이 책에서는 사고실험을 증명이라고 부르자! 라고 제안하는거야. 즉, 증명을 '논리를 실증하는 것'이 아닌, '어떤 문제에 대한 사고실험'이라는 개념으로 바꿔버린거야. 응, 이 부분이 넘어가고 나서 저 위의 증명에 대한 반박을 제시해. 반박은 세가지 경우가 있어
1. 국소적 반례이지만 전면적 반례가 아닌 반례 : 그니까 어떤 증명에서는 증명 안에 보조 정리라고 해서 증명이 있잖아? 예를 들면... 삼각형 ABC에서 A가 90도, B가 80도일때, C는 10도이다를 증명하기 위해선 '삼각형의 내각의 합은 180도'이다가 참이 되어야 하는데, 이 경우에 내각의 합=180도 라는 것이 보조 정리가 되겠지. 응. 전체 증명과는 상관없이, 보조정리가 까이는 경우를 1번의 경우로 보는거야. 이 경우, 보조정리를 수정해서 다시 제시하게 되지.
2. 전면적 반례이자 국소적 반례 : 즉, 보조정리와 증명 자체를 다 까는 경우지. 이 경우에는 첫째로, 증명을 갖다 버릴 수도 있어. 그러나, 일반적으로는 '괴물 배제법'이라는 것이 사용되곤하지. 괴물 배제법이란 뭐냐면, 저 반례는 병적인 경우이고, 괴물이다. 라고 몰아붙이는거야. 실제로, 정사면체 두개가 한 변 혹은 한 꼭지점을 공유하는 경우에는 v-e+f=2가 성립하지 않아. 이런 경우에 대해 다면체로 보지 않고, 병적인 것으로 보고 없애려는 것이 괴물 배제법이야. 이때, 정의를 엄밀하게 함으로서 괴물을 배제하려고 해. 즉, 어떤 개념을(여기서는 '다면체'라는 개념을) 축소시키는 거지. 괴물 배제법은 두가지 영향력을 주는데, 하나는 추측이 타당해지는 영역을 발견하게 해주기도 하지만, 정리 자체를 살리기 위해서 언어적 기교로만 쓰여지는, 실제 수학의 발전과는 상관 없는 부정적 결과를 낳기도 하지.
예외 배제법이라는 것도 있는데, 이는 괴물 배제법 중에서 추측이 타당해지는 영역을 발견하게 해주는 경우에 대해 세심하게 괴물 배제법을 적용한다는 말이고. 예외 배제법도 문제점이 있어. 하나는, 과연 예외가 앞으로는 더이상 발견되지 않는것인가? 라는거고, 또 하나는, 정리가 성립하는 영역을 너무 축소시켜서, 실제 정리가 성립하는 영역을 보는것이 아닌, 그것보다 축소된 영역만을 정리가 성립하는 영역으로 국한시킨것은 아닌가 하는거고, 세번째로, 제일 중요한건데, 그렇게 되면 증명 자체가 쓸데가 없어지지 않느냐는거지. 왜냐하면, 그렇다면 정리가 어떤 내용이든 간에, 정리 보다는 정리의 성립 영역이 더 중요해 지는거잖아. 삼각형 ABC에서 a의 길이는 10이다. 라는 정리의 성립 영역을 'a=10인 모든 삼각형'이라고 정의한들 이것이 수학 발전에 무슨 도움이 있냐는거지.
괴물 조정법은, 괴물을 다르게 보면 사실 괴물이 아니라는 거지. 음, 예로서는 오일러 추측의 반례인 성게 모양을 들고 있는데, 이는 어찌 보면 오각형의 모음집이지만, 어떻게 보면 삼각형의 모음집이잖아? 오각형으로 보면 오일러 추측이 성립하지 않지만, 삼각형으로 보면 성립하게 되지. 그러나 이 방법의 문제점은, 그럼 어떤것이 잘된 해석인지에 대해서 정립할 수 없다는 거야. 과연 그 성게 모양을 오각형의 모음집으로 보는것이 삼각형으로 보는것에 비해서 잘못된 해석이다 라고 할 수 있을까? 따라서, 여기에서 보조정리 합체법이라는 새로운 대처법이 제시되. 이것은 예외 배제법과 대비되는데, 예외 배제법이 보조정리와 증명 모두를 바꾼다면, 보조정리 합체법은 보조정리는 놓아둔 채, 증명을 개선하는 방법이야. 근데 사실, 이건 '세심한 예외 배제법'으로 불릴 수도 있어. 왜냐하면 예외 배제법을 적용하는 과정에다가, 증명을 세심하게 검토하는 과정을 넣은것에 불과하거든. 하지만, 이 보조정리 합체법이 주는 함의는, 증명과 반박이 결국 이어져 있다는 거지. 반박을 통해서 증명이 개선되니까.
그러나...
3. 전면적 반례이지만 국소적 반례가 아닌 반례 : 응, 보조정리는 하나도 까지 않은 채, 전체 증명을 까는 반례가 나올수가 있지. 오일러 추측에 대한 이러한 반례는 간단하게, 원기둥이야. 원기둥은 v-e+f=1이 되지. 즉, 이경우는 보조정리에 감추어진 사실들에 기초해 있어. 계속 삼각형 예를 들긴 하지만, 우리중 누구도 삼각형 ABC에서 A=80도, B=80도일때 C=20도이다를 증명하기 위해 '먼저 A란 점이 존재한다.'라는 말부터 쓰는 사람은 없을꺼야. 그건 너무 당연히 참인거잖아. 응, 이런 당연히 참이라고 생각해서 적지 않은 것을 '감추어진 보조정리'이라고 하는데, 이건 사실 발견하기 쉽지 않은거지. 즉, 오일러 추측에서는 다면체가 너무 당연하게, 원을 포함하지 않는다고 가정해 버린거지. 즉, 이런식으로 전면적 반례이지만 국소적 반례가 아닌 반례가 나왔을 경우, 증명을 면밀히 분석해서 감추어진 보조정리를 찾아내는 과정을 증명-분석이라고 하고, 증명-분석이 이루어지면, 전면적 반례이지만 국소적 반례가 아닌 반례는 2번의 전면적 반례이면서 국소적 반례로 바뀌게 되는거지.
여기서 라카토스가 제시하는 수학적 발견의 원리 하나가 바로 '허위성의 재전달 원리(the Principle f Retransmission of Falsity)'라는 거야. 즉, 3번 유형의 반례가 없을때에만, 증명-분석이 엄밀하거나 타당하다는 거지. 이것은 다시 생각하면 증명-분석을 어디까지 행해야 하는가에 대한 하나의 기준이되지. 또한 3번유형의 반례를 통해 감추어진 보조정리를 찾아내서, 그것을 2번유형의 반례로 바꾸는 것이야 말로 증명-분석을 성장시키는 발효제인거고.
응, 이 세가지 유형의 반례를 다루고 나서, 드디어 우리가 고대했던 '증명과 반박의 원리(proof and refutations, 복수형과 단수형에 관심을 가질 것)'가 제시가 되. 이는 기본적으로 보조-정리 합체법의 발전이라 할 수 있어. 이 원리가 가진 규칙을 그대로 적어볼 께.
규칙1. 추측을 하면 그것을 증명하고, 반박하는 것을 착수하여라. 증명을 주의깊게 조사하여 자명하지 않은 보조정리의 목록을 마련하여라(증명-분석). 추측에 대한 반례(전면적인 반례)와 의심스런 보조정리에 대한 반례(국소적 반례)를 양쪽 다 찾아보아라.
규칙2. 전면적인 반례가 있으면 추측을 버리고, 반례에 의해 반박될 적절한 보조정리를 증명-분석에 추가하고 그 보조 정리를 조건으로 합체시킨 개선된 추측으로 기각한 추측을 대체시켜라. 반박을 괴물이라고 보고 버려지도록 허용하지 말아라. '모든 감추어진 보조정리'를 명백하게 하려고 시도하여라.
규칙3. 국소적인 반례가 있으면 그것이 또한 전면적인 반례인지 아닌지 검사해 보아라. 만약 전면적인 반례라면 규칙 2를 쉽게 적용할 수 있다.
그런데 여기서 비판이 제기될 수 있지. 그렇다면 과연 증명의 엄밀성, 즉 '수정같이 맑은 증명'이 나올수 있을까..? 증명-분석은 '사악한 무한', 즉 끝없는 무한 후퇴(infinite regress)로 이어지지 않는가? 결국 증명이란 달성될수 없는것 아닌가? 이런 의문이 있을 수 있어. 즉, 증명의 확실성이 달성될수록, 증명 안의 내용은 감소하겠지. 이걸 막기 위해서 규칙 4를 제시하게 되.
규칙 4.만일 국소적 반례이지만 전면적 반례가 아닌 반례까 있으면 반증되지 않은 보조정리로, 반박된 보조정리를 대체시켜 증명-분석을 개선하도록 시도하라.
이 규칙은, 단순히 보조정리를 누더기처럼 기워서, 즉 내용을 감소시켜서 개선하라는것이 아니라, 보다 심오한 증명을 발견해서, 그니까 아예 다른 보조 정리를 발견해서 그것을 통해서 대체하자는 거지. 이때, 증명과 반박의 원리(proofs and refutations, 단수형이었던 증명이 복수형으로 바뀌었지)가 되는거야.
그러나 이 경우 문제가 있을 수 있어. 확실한 영역을 설정하도록 계속 증명을 바꿀 수 있겠지만, 최종적으로 만들어진 것이 과연 전체적 개념 형성에 도움이 될 것인가? 즉, 결국 증명은 그 증명의 대상이 되는 영역과만 놀게되잖아. 이 문제를 해결하기 위해서 결국 맨 처음에 했던 소박한 추측을 확장하게 되. 즉, 오일러 추측의 경우에는 v-e+f=2인 경우만에 대한 거지만, 이것을 확장해서 v-e+f=n (n은 임의의 정수)인 경우에 대해 일반적으로 성립하는 추측을 찾게 되는거지. 이 추측은 어디서 시작해야 할까? 귀납적인 관찰의 일반화로 추측하는 것은, 우리가 모든 대상을 다 아는 것이 아니기에 불안하고, 또, 귀납적 추측이란 아에 존재하지 않아. 지금까지 우리가 발견한 각각의 반례들은 결국 소박했던 기존의 오일러 추측을 증명하는 과정에서 나온 것들이니까. 따라서 곧바로 참이라고 믿고있는 보조정리에 기반한 또다른 추측에서 시작하게 되. 이 내용들로 인해 규칙 5가 추가되지.
규칙 5. 만약 어떤 유형이든 반례를 얻었다면 연역적 추측에 ㅡ이하여 그것들이 더이상 반례가 되지 않는 보다 깊은 정리를 발견하도록 시도하라.
응, 그래서 여기서 오일러의 추측은, 다각형에서 V(꼭지점 수) = E(변의 수)라는것을 이용하여, 다면체는 결국 다각형으로 이루어진 것임을 밝힌 다음, 이렇게 다각형을 붙여서 만들어지는 모든 다면체를 n중 장구상 다면체로 분류해, 단일 장구상 다면체는 우리가 흔히 아는 6면체 떠올리면 되고, 2중 장구상 다면체는 사진틀처럼, 육면체를 상상한 뒤, 가운데가 네모난 모양으로 뻥 뚤린 다면체를 상상하면 되. 이 각각의 n중 장구상 다면체에 대해서 V-E+F=2-2(n-1)라는 것이, 바로 규칙 5를 오일러의 추측에 적용해서 얻어낸 결과이지.
그러나, 이 경우에도 끝없는 반례가 나오고(저 장구상이라는 분류에 들어가지 않는 다면체의 경우.), 저 식은 결국 복잡해져 버려. (시그마가 추가되고 막 그래.)그렇다면 반례들은 과연 우리가 알고 있는 것을 제대로 알게 하는 걸까? 정말 반박에 의해서 지식이 성장하는 걸까 하는 회의가 들게되지.
이때 개념 형성에 대한 논의가 나오게 되. 즉, 아까 괴물배제법을 설명할때, 괴물 배제론자들이 개념을 축소시켰다고 했잖아. 근데 반대로 생각해보면, 괴물 배제론자를 공격한 사람들이야 말로 개념을 확장시킨것이 아닐까? 라는 의문이 드는거지. 처음 우리가 다면체에 대해 생각했을때 다들 정육면체, 각뿔 등등의 것들에 대해 생각하지 누가 처음부터 사진틀이라던지, 성게와 같은것을 상상하겠어. 응, 추측은 따라서 원래는 참이었던 거야. 개념이 그대로일 때는. 그러나 그 추측을 검사하고 반박하는 과정에서 개념이 확대되고, 결과적으로 더 많은 내용을 알게 되는 거지. 즉, 개념은 애초부터 고정된 어떤것이 아니라, 성장하는 것이라고 볼수 있는거지. 이 과정(이론적 아이디어-추측이 소박한, 처음의 아이디어-추측과 개념을 대체하는 과정)에서, 이론적 언어가 소박한 언어를 대치하게 되는거야. 그리고 이것이 바로 개념의 형성이고. 즉, 결국 언어가 변하고 개념이 성장하기에, 이러한 증명에 대한 반례는 끝없이 계속되고, 내용이 증가할 수 있는거지. 따라서 지식은 '연속적으로' 동시에 '비판적으로' 성장하게 되는거지. 그러나... 이론적 개념확장은 결국 한계가 있을수 밖에 없어. 즉, 어떤 이론에서의 반례가 전혀 다른 이론에서(더 포괄적이든 아니든) 예가 될 수 있는거지. 또한 무제한적인 개념 확장은 의미와 진리를 파괴할 수 있지. 설명력이 떨어지니까. 모든 대상에 속한 어떤 대상 a에 대해서, a=a다. 이것이야 말로 사실 가장 넓게 개념확장을 한 정리이고 증명일테지만, 이것이 우리에게 어떤 사실을 알려주는 것은 아니잖아? 그렇다고 해서 어떤 확장이 좋고 어떤 확장이 나쁘다는걸 판별하는건 또 다른 괴물 배제법에 지나지 않지.
따라서 우리는 완화된 개념확장이라는 방법을 얻게 되. 즉, 급진적으로 모든 대상에 대해서 전부다 설명하려는 이론을 한번에 만들어내려 하는것이 아니라, 당장 반례들이 있는 증명에 대해서 증명과 반박의 원리를 통해 차근차근히 정리를 확장해 나가는거야. 결국 이 과정에서 수학이 발전할 수 있는 것이고.그래서, 우리에게 남는 것은 처음의 소박한 문제에서 결국 확장된, 거대한 문제가 되는거지. 그러나 그 지식은 초기에 알았던 것보다는 엄청나게 증가되어 있는것이고.
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