실험설계의 3가지 조건 인과 관계 성립의 필수 요건

'A가 B의 원인이다'라고 말하려면 무엇이 필요할까요? 인과 관계 성립을 위한 3가지 필수 조건인 공변성, 시간적 우선성, 외생변수 통제를 명확하게 설명해 드립니다.

 

"어떤 프로그램이 효과가 있었다" 또는 "A가 B의 원인이다"와 같이 원인과 결과, 즉 인과 관계를 밝히는 것은 많은 연구의 핵심 목표입니다. 하지만 단순히 두 변수가 관련이 있어 보인다고 해서 하나를 다른 하나의 원인으로 단정 지을 수는 없습니다.

예를 들어, 아이스크림 판매량과 상어 공격 횟수가 함께 증가한다고 해서 '아이스크림이 상어 공격을 유발한다'고 말할 수 없는 것처럼 말입니다. (사실은 '더위'라는 제3의 변수 때문이겠죠.)

 

이처럼 명확한 인과 관계를 과학적으로 입증하기 위해 사용하는 것이 바로 실험설계입니다. 실험설계가 '인과 관계 규명'이라는 목적을 달성하기 위해서는 반드시 충족해야 할 3가지 필수 조건이 있습니다. 오늘은 이 3가지 조건에 대해 알아보겠습니다.

1. 공변성 (Covariation)

첫 번째 조건은 공변성, 즉 공변관계입니다. 이는 원인으로 추정되는 변수(독립변수)와 결과로 추정되는 변수(종속변수)가 함께 변화해야 한다는 것을 의미합니다.

쉽게 말해, 원인이 변할 때 결과도 같이 변해야 합니다. 만약 '새로운 교수법(원인)이 학업 성취도(결과)를 높일 것이다'라고 가정했다면, 새로운 교수법을 적용했을 때 학업 성취도가 긍정적으로 변하는 관계가 관찰되어야 합니다. 원인이 변했는데도 결과에 아무런 변화가 없다면, 두 변수 사이에 인과 관계가 있다고 말하기 어렵습니다.

2. 시간적 우선성 (Temporal Precedence)

두 번째 조건은 시간적 우선성입니다. 말 그대로 원인이 결과보다 시간적으로 먼저 발생해야 한다는 것입니다. 너무나 당연한 말 같지만, 연구에서는 이 순서가 명확하지 않은 경우가 많습니다.

예를 들어, '자아존중감이 높으면 학업 성취도가 높다'는 관계를 발견했을 때, 자아존중감이 높아서 공부를 열심히 한 것인지, 아니면 공부를 잘해서 성적이 오르자 자아존중감이 높아진 것인지 그 순서가 불분명할 수 있습니다.

실험설계에서는 연구자가 의도적으로 원인 변수(예: 특정 프로그램 개입)를 먼저 투입하고, 그 이후에 결과 변수(예: 참여자의 변화)를 측정함으로써 이 시간적 순서를 명확하게 통제합니다.

3. 외생변수 통제 (Elimination of Alternatives)

세 번째 조건이자 실험설계의 핵심은 바로 외생변수 통제입니다. 이는 원인(독립변수) 외에 결과(종속변수)에 영향을 미칠 수 있는 다른 모든 변수, 즉 외생변수(제3의 변수)의 영향을 배제해야 한다는 의미입니다.

앞서 든 아이스크림과 상어 공격의 예에서 '더위'가 바로 외생변수입니다. 만약 이 '더위'라는 변수를 통제하지 못한다면, 아이스크림이 상어 공격의 원인이라는 잘못된 결론을 내릴 수 있습니다.

진정한 실험설계에서는 외생변수들을 통제하기 위해 '무작위 할당(Random Assignment)'과 같은 방법을 사용하여, 독립변수 외에는 실험집단과 통제집단이 모든 면에서 동일하도록 만듭니다. 이를 통해 두 집단 간에 차이가 발생했다면, 그것은 오로지 독립변수의 영향 때문이라고 결론 내릴 수 있는 근거가 됩니다.

인과 관계 성립의 필수 요건

요약하면, 두 변수가 함께 변하고(공변성), 원인이 결과보다 먼저 발생하며(시간적 우선성), 그 관계가 다른 변수로 설명되지 않을 때(외생변수 통제), 우리는 비로소 두 변수 사이에 인과 관계가 성립한다고 말할 수 있습니다. 이 세 가지 조건은 과학적 연구에서 정확한 결론을 도출하기 위한 가장 기본적인 약속입니다.