[과학] 불변의 단위 시대가 왔다

  • 경제/과학
  • IT/과학

[과학] 불변의 단위 시대가 왔다

국제도량형총회서 4가지 단위 재정의 공식 의결
유형의 원기가 아닌 양자역학, 상수로 표준 측정
일상생활 변화없지만 교과서는 기본상수식 게재
표준연 킬로그램 재정의 위한 키블저울 개발 중

  • 승인 2018-11-18 09:27
  • 이해미 기자이해미 기자
SI
SI 단위 재정의를 알리기 위해 제작한 SI Illustration 해당 단위를 정의하는 상수 포함(BIPM 제공)
#같은 무게를 재는데 상점마다 저울이 다르다면 어떤 일이 발생할까.

#몸무게를 재는 체중계, 시장 상인이 사용하는 전자 저울을 조율하는 표준 방법은 무엇일까.

우리는 일상 속에서 수많은 단위와 함께 살아간다.

질량의 무게인 킬로그램(㎏), 길이의 단위는 미터(m), 시간을 재는 초(s), 온도를 재는 켈빈(k), 전류의 단위 암페어(A), 광도의 단위 칸델라(cd), 물질의 양인 몰(mol) 등 7가지 국제단위계(SI)는 세상을 조율하는 중요한 측정 단위다.

그동안 국제단위 7가지는 유형적인 측정 방식인 원기를 기준으로 삼았다. 하지만 원기는 시간이 지날수록 표준원기와 복사본 사이에 질량 차이가 발생했다.

물론 머리카락 한 가닥 정도, 우리 삶에는 어떤 영향도 발생하지 않을 만큼의 미세한 질량이지만 변하지 않는 표준 원기를 만들어야 한다는 것은 과학자들의 공통적인 목소리는 꾸준히 이어져 왔다. 그만큼 단위 표준이 안정적이지 못했다는 것이다.

1889년 백금과 이리듐 합금으로 만들어진 국제킬로그램원기(IPK)가 대표적이다. IPK는 130년 동안 겨우 4번만 사용됐다. 파손 및 손실의 우려 때문이다. 고종 시대에 우리나라에 들어온 원기는 한국표준연구원에 보관돼 있으나, 이 또한 쉽게 꺼내보거나 만질 수 없었다.

[사진2] KRISS에서 보유하고 있는 킬로그램 원기
한국표준연구원에서 보유하고 있는 킬로그램 원기
▲불변의 단위 시대가 왔다

지난 11월 16일 불안정한 단위 표준 측정 방식의 새로운 지평이 열렸다. 프랑스 베르사유에서 개최된 제26차 국제도량형총회(CGPM)에서는 킬로그램(kg), 암페어(A), 켈빈(K), 몰(mol) 등 4가지 단위의 재정의가 공식 의결됐다.

이번 의결이 중요한 것은 앞서 말했듯 유형적인 원기 방식이 아니라는 점이다. 양자역학, 즉 물리 수식이 도입된다. 원기 없이 각각 단위에 맞는 기본물리상수로 값을 고정해 측정 불확도가 0이 되는 셈이다. 유형 원기를 보관하지 않고도 표준 단위를 측정할 수 있게 됐다.

플랑크 상수(h)는 킬로그램(㎏), 볼츠만 상수(k)는 켈빈(k), 기본 전하(e)는 암페어(A), 아보가르드로 상수(NA)는 몰(mol)의 고정된 값으로 기본상수를 기반으로 단위를 정의하게 된다.

물론 일상생활에는 아무런 영향이 없다. 다만 GPS가 정교해진 시간 측정을 통해 탄생했듯, 앞으로 첨단기술은 극한 영역에서의 미세 오차까지 허용하지 않는 정확한 측정을 필수적으로 요구할 수밖에 없다는 것이 과학계의 주장이다.

일상에는 큰 변화는 없지만, 교과서는 바뀐다. 새롭게 정의된 단위계는 교육부와 물리학회를 통해 전파되고, 표준연은 중·고등학교 교사를 대상으로 측정표준 연수를 열 예정이다.

표준연 박연규 물리표준본부장은 “”4개 단위의 정의가 한꺼번에 바뀌는 역사상 최초의 사건이다. 단위를 새롭게 정의하고 구현할 수 있는 기술력의 유무가 과학기술 선진국을 좌우하는 결정적인 요수가 될 것”이라고 말했다.

◆개정된 SI 체계를 정의하는 상수

단위 (기호, 명칭) 단위를 정의하는 상수 
시간 (s, 초) 세슘 전이 주파수 (Cs = 9 192 631 770 Hz)를 이용
길이 (m, 미터) 진공에서의 빛의 속력 (? = 299 792 458 m s?1)를 이용
질량 (kg, 킬로그램) 플랑크 상수 (h = 6.626 070 15  10-34 J s)를 이용
전류 (A, 암페어) 기본 전하 (e = 1.602 176 634  10-19 C)를 이용
온도 (K, 켈빈) 볼츠만 상수 (k = 1.380 649  10-23  J K-1)를 이용
물질의 양 (mol, 몰) 아보가드로 상수 (NA = 6.022 140 76  1023  mol-1)를 이용
광도 (cd, 칸델라) 단색광 시감효능 (Kcd = 683 lm W?1)를 이용
키블저울
한국표준연구원에서 킬로그램 표준을 확립하기 위해 개발중인 키블저울
▲불확도 0, 키블저울을 만들어라

표준단위 재정의가 의결되기 전부터 과학 선진국들은 질량 단위 킬로그램 재정의를 위한 전자기력으로 측정하는 키블 저울 개발에 박차를 가하고 있다. 키블저울은 질량, 중력, 전기, 시간, 길이 등 수많은 측정표준의 종합체로 측정의 불확도가 10의 8승 수준까지 구현돼야 한다. 현재 키블저울을 제작해 운영하는 국가는 6곳뿐이다.

미국과 캐나다가 선도적으로 앞서가고 있는데 두 나라의 측정표준기관이 구한 플랑크 상수의 평균값이 현재 국제적으로 채택된 상태다. 우리나라는 선도그룹을 추격하고 있고, 현재 10의 7승 정도의 불확도를 구현 중이다.

완성형 키블저울은 사실상 없다는 것이 표준연의 입장이다. 단 불확도 0에 가까운 측정값을 구현해 내기 위한 노력이 세계 각국에서 이뤄질 것이라는 전망이다.

한편 개정된 SI 단위계 정의는 2019년 5월 20일부터 공식 사용된다.
이해미 기자 ham7239@



*국제도량형총회는 1876년 체결된 국제외교협약인 미터협약에 근거를 두는 측정표준 분야의 최고 의사결정 기구다. SI는 7개 기본단위와 여기서 파생된 22개 유도단위로 구성되는데 현재 미국, 미얀마, 라이베리아를 제외한 세계 모든 국가에서 법정 단위로 채택하고 있다.

중도일보(www.joongdo.co.kr), 무단전재 및 수집, 재배포 금지

기자의 다른기사 보기

랭킹뉴스

  1. LOL캐릭터 대전에 다 모였다. 페이커 보러 왔다 발복 잡히는 곳
  2. 김하균 행정부시장, 2년 9개월 세종시 동행 마친다
  3. [조상호 세종시장 공약 돋보기] 시민 소통 '핵심 플랫폼', 차별화로 승부하라
  4. 가족사랑 금요장터서 농산물 구입
  5. 표준연, 양자컴퓨팅 국내기업 美 현지진출 돕는다
  1. 아산시 온양6동 온주마을, 국토부 '우리동네 살리기 프로젝트' 선정
  2. 지역 안전문화 확립 업무협약 체결
  3. 아산신협, 장학금 400만원 쾌척
  4. 아산시, 교육 지원체계 전면 개편
  5. 순천향대천안병원 이한유 센터장, 엘살바도르 산모·신생아 응급의료 역량 강화 지원

헤드라인 뉴스


서천 노루섬에 전 세계 노랑부리백로의 2%.저어새 5% 서식 확인...서천지속협 모니터링 결과

서천 노루섬에 전 세계 노랑부리백로의 2%.저어새 5% 서식 확인...서천지속협 모니터링 결과

충남 서천군 앞바다의 작은 무인도인 노루섬이 전 세계에서 가장 희귀한 새들의 최대 규모 번식지로 부상하며 국제적인 주목을 받고 있다. 서천군지속협 기후생태환경분과위원회가 2일 환경부 특정도서인 마서면 노루섬과 유부도 인근 검은여 일대에서 실시한 2차 조류 모니터링 결과 전 세계 노랑부리백로의 2%, 저어새의 5%가 서식하고 있는 것으로 확인됐다. 국제적 멸종위기종 보호를 위한 이번 모니터링에는 충남연구원 정옥식 박사와 서천지속협 전홍태 위원, 홍성민 사무국장이 참여했다. 조사 결과 노루섬에서 확인된 멸종위기 야생생물 Ⅰ급.천연기념물..

천안법원, 노조 지회장에 불이익 준 주류회사 관계자 벌금형
천안법원, 노조 지회장에 불이익 준 주류회사 관계자 벌금형

대전지법 천안지원 형사2단독은 노조 지회장에 불이익을 줘 노동조합및노동관계조정법위반 등 혐의로 기소된 A씨에게 벌금 500만원, B씨에게 벌금 250만원, C사에게 벌금 500만원을 선고했다. 5일 법조계에 따르면 A씨 등은 피해자가 2021년 6월부터 12월까지 노동조합 가입 및 지회 설립에 주도적으로 참여하고 사용자와 9회에 걸쳐 단체교섭을 실시했다는 이유로 2022년부터 배송담당지역을 천안시에서 서산시, 당진시 등 원거리로 변경하는 인사발령조치를 한 것으로 드러났다. 이들은 또 피해자가 2018년 5월부터 2022년 11월까지..

보은군 속리산 연꽃단지, 연분홍 연꽃 활짝 피어
보은군 속리산 연꽃단지, 연분홍 연꽃 활짝 피어

보은군 속리산 천연기념물 정이품송 인근에 조성된 ‘속리산 연꽃단지’가 만개한 연꽃으로 장관을 이루며 관광객들의 발길을 이어지고 있다. 약 1만 6000㎡ 규모의 속리산 연꽃단지에는 4000여 포기의 연꽃이 식재돼 있으며, 연분홍빛과 흰빛 연꽃이 어우러져 한여름의 정취를 물씬 자아낸다. 단지 곳곳을 가득 메운 연꽃은 푸른 자연과 조화를 이루며 아름다운 풍경을 연출해 가족 단위 나들이객은 물론 사진 애호가와 관광객들에게도 큰 인기를 얻고 있다. 연꽃단지는 데크 산책로와 잔디공원이 함께 조성돼 있어 연꽃을 감상하며 여유로운 산책을 즐길..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 가족사랑 금요장터서 농산물 구입 가족사랑 금요장터서 농산물 구입

  • 이재명 대통령, 충청권 첨단산업 발전비전 국민보고회 참석 이재명 대통령, 충청권 첨단산업 발전비전 국민보고회 참석

  • ‘개문냉방 안돼요’ ‘개문냉방 안돼요’

  • ‘함께하는 가치, 소비자의 힘’ ‘함께하는 가치, 소비자의 힘’