[심리학 여행 제5편] 페히너 심리학의 핵심 : 자극과 감각의 수학적 비밀

저는 구스타프 페히너(Gustav Theodor Fechner, 1801~1887)입니다.  제 심리학의 뼈대를 말씀드리기 전에 부끄럽고도 치열했던 사생활을 먼저 고백해야겠습니다. 저는 원래 라이프치히 대학교의 잘나가는 물리학 교수였습니다.

하지만 태양을 맨눈으로 관찰하다 시력을 잃고 극심한 우울증에 빠지면서 교수직을 내려놓아야만 했습니다. 명예는 사라졌고 경제적 빈곤이 제 목을 조여왔습니다. 그때는 정말 사는 것이 힘들었습니다.

가난한 번역가 '닥터 미제스'의 이중생활

하지만 저에게는 1833년에 결혼한 사랑하는 아내 클라라(Clara Volkmann)가 있었습니다. 제가 암흑 속에 갇혀 식음을 전폐하고 미쳐갈 때, 묵묵히 곁을 지키며 책을 읽어준 나의 구원자였습니다.

 

저는 가장으로서 돈을 벌어야 했습니다. 시력이 조금 회복되었을 때부터, 저는 살기 위해 미친 듯이 글을 썼습니다. 학자의 자존심을 내려놓고 방대한 분량의 프랑스 과학 백과사전을 독일어로 번역하는 하청 노동을 하기도 했습니다.

 

그것만으로는 부족해 닥터 미제스(Dr. Mises)라는 필명으로 시와 소설, 풍자 에세이를 써서 잡지사에 팔았습니다. 물리학자 구스타프 페히너의 얼굴 뒤에는 가족을 먹여 살리기 위해 우스꽝스러운 글을 써내던 가난한 작가 닥터 미제스가 숨어 있었습니다.

 

역설적이게도 이렇게 치열한 문학적 상상력과 처절한 생존의 경험이 훗날 차가운 물리학에 인간의 따뜻한 마음을 접목하는 밑거름이 되었습니다.

나는 왜 심리학의 아버지가 되지 못했는가

여기서 많은 분이 의문을 품으실 겁니다. 빌헬름 분트가 1879년에 실험실을 열었다고 심리학의 아버지가 되었는데, 페히너는 그보다 무려 19년 전인 1860년에 마음의 공식을 책으로 냈잖아요? 왜 페히너가 심리학의 창시자가 아닌가요?

 

아주 날카로운 질문입니다. 정답은 바로 저의 목적에 있습니다. 분트는 처음부터 나는 지금부터 심리학이라는 새로운 과학을 만들겠다 라고 작정하고 실험실을 열고 학생들을 길러냈습니다. 하지만 저의 관심은 심리학이라는 학문을 만드는 것이 아니었습니다.

저는 우주의 모든 만물에 영혼이 깃들어 있다는 철학, 즉 범신론(Panpsychism)을 수학적으로 증명하고 싶어 했던 몽상가이자 철학자였습니다. 육체인 물질과 정신인 마음이 신비롭게 하나로 연결되어 있다는 것을 숫자로 증명하여, 무신론자들의 코를 납작하게 해주는 것이 저의 진짜 목표였던 것이죠.

 

목적이 이러했으니 후대의 학자들은 저를 심리학의 창시자가 아니라 심리학의 선구자, 혹은 정신물리학의 개척자 정도로 부릅니다. 비록 타이틀은 분트에게 빼앗겼지만, 분트조차 제 공식이 없었다면 결코 심리학을 과학으로 만들지는 못했을 것입니다.

정신물리학: 마음과 물질을 잇는 징검다리

이제 제가 가난과 우울을 뚫고 1860년에 세상에 내놓은 정신물리학(Psychophysics)의 세계로 들어가 봅시다. 정신(Psyche)과 물리학(Physics), 도저히 어울릴 것 같지 않은 두 단어를 억지스럽게 하나로 합쳐놓은 말이 정신물리학입니다.

 

정신물리학은 눈에 보이고 손으로 만질 수 있는 물리적 자극과 자신의 마음속에서 느껴지는 주관적 감각 사이의 징검다리를 수학적으로 연결하는 학문입니다.

절대역: 감각의 문이 열리는 순간

이러한 징검다리를 이해하기 위해 여러분이 꼭 아셔야 할 두 가지의 쉬운 개념이 있습니다. 첫째는 절대역(Absolute Threshold)입니다. 인간이 어떤 자극을 처음으로 느끼기 위해 필요한 최소한의 물리적 에너지의 크기입니다.

 

알기 쉽게 예를 들어보겠습니다. 칠흑같이 어두운 맑은 날 밤에 산꼭대기에서 촛불 하나를 켰습니다. 우리는 약 48km 밖에서도 그 빛을 감지할 수 있습니다. 이것이 시각의 절대역입니다.

아주 조용한 방 안에서 6m 밖의 시계 초침이 똑딱거리는 소리를 들을 수 있다면 그것은 청각의 절대역입니다. 넓은 아파트 공간에 향수 한 방울을 떨어뜨렸을 때 냄새를 맡을 수 있다면 그것은 후각의 절대역입니다. 인간 마음의 일부인 감각이 외부의 물리적 세상과 접속하는 최초의 문턱이 절대역입니다.

최소식별차이와 라디오 볼륨의 비밀

둘째는 최소식별차이(Just Noticeable Difference, JND)입니다. 두 가지 자극이 다르다고 느낄 수 있는 아주 미세한 차이를 말합니다. 양손에 100g짜리 추를 들고 있다고 칩시다.

 

사람들은 한쪽에 1g을 몰래 얹으면 무게가 달라진 것을 눈치챌까요? 거의 모를 것입니다. 10g 정도를 얹어야 비로소 한쪽이 미세하게 더 무겁다 라고 느낍니다. 이때 차이를 느끼게 해주는 10g이 바로 최소식별차이(JND)입니다.

이런 현상은 일상에서도 흔히 경험합니다. 아주 조용한 밤에 방에서 라디오를 켤 때는 볼륨을 1만큼만 올려도 시끄러워진 것을 느낍니다. 하지만 시끄러운 공사장 한가운데서 음악을 들을 때는 볼륨을 1이 아니라 10 이상은 올려야 비로소 차이를 식별하게 됩니다.

베버- 페히너의 법칙: 100개와 1개의 촛불

저의 스승이었던 에른스트 베버(Ernst Heinrich Weber)가 이 라디오 볼륨과 같은 원리를 먼저 발견했습니다. 100g의 짐을 졌을 때는 10g만 추가해도 무거워진 것을 알지만, 1,000g의 짐을 지고 있을 때는 10g을 얹어도 아무 차이를 느끼지 못합니다.

 

1,000g일 때는 무려 100g을 얹어야 차이를 느낍니다. 즉, 처음에 주어진 자극이 클수록, 그 변화를 느끼기 위해서는 훨씬 더 큰 자극이 필요하다는 뜻입니다.

 

저는 스승의 놀라운 발견을 끌어안고 침대에서 뜬눈으로 밤을 새우며 수학 공식을 만들었습니다. 그것이 바로 심리학 역사상 유명한 공식인 베버-페히너의 법칙(Weber-Fechner Law)입니다.

어두운 방에 촛불이 1개 켜져 있을 때, 촛불 1개를 더 켜면 방은 엄청나게 밝아진 것처럼 느껴집니다. 마음의 감각이 훌쩍 뜁니다. 하지만 이미 촛불 100개가 켜진 화려한 대연회장에서 촛불 1개를 더 켜보십시오.

 

방이 더욱 밝아졌다고 느끼는 사람은 아무도 없습니다. 추가된 물리적인 자극(촛불 1개)은 완벽히 똑같지만, 우리 마음이 느끼는 감각의 크기는 전혀 다른 것입니다. 쉽게 말해, 세상의 자극이 산술급수적(1, 2, 3...)으로 일정하게 커질 때, 우리 마음의 감각은 기하급수적(1, 10, 100...)으로 무뎌집니다.

 

마음은 세상을 있는 그대로, 기계적으로 받아들이는 것이 아니라 자신만의 비율과 척도로 세상을 이해한다는 이 한 줄의 진리가 바로 제가 세상을 향해 쏘아 올린 위대한 연구 성과였습니다.

이단아의 영광스러운 죽음과 영원한 유산

당시 보수적인 과학자들은 육체와 영혼을 공식으로 묶으려는 저를 과학의 탈을 쓴 신비주의자, 혹은 미치광이 괴짜라고 비난하기도 했습니다. 하지만 시간이 지날수록 제 공식의 정교함과 위대함은 세상을 압도하고도 남았습니다.

 

우울증과 시력 상실의 암흑기를 버텨낸 저는 아주 건강한 노년을 보냈습니다. 그러다가 1887년 11월 18일, 라이프치히의 자택에서 86세의 나이로 평안하게 눈을 감았습니다.

가난한 번역가이자 시력을 잃었던 절망의 학자는 오늘날 전 세계 모든 심리학과 대학생들이 가장 먼저 외워야만 하는 불멸의 이름으로 남았습니다. 비록 심리학의 창시자라는 자리는 분트에게 양보했지만 마음을 재는 수학적 잣대를 인류의 손에 처음 쥐여준 영광은 영원히 변치않을 페히너의 것입니다.