[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. 세종 연서면 월하리 폐차장서 불…"주민 외출 자제"
  2. 아산시, 전통시장 주차환경 "확 바뀐다"
  3. 한국 수묵 산수화 거장 조평휘 화백 별세… 충청 자연을 '운산산수'로 남기다
  4. [상고사 산책](16)별은 거짓말하지 않는다 : 오성취루와 『환단고기』 석재의 천기누설
  5. 충남 선거구 획정, 행안부 재의요구 현실화… 도의회 6일 원포인트 임시회 다시 연다
  1. '정진석 공천 반대' 김태흠, 지선 예비후보 등록 연기
  2. 세종시 조치원 'A아파트' 입주민, 6일 일상 복귀한다
  3. 더불어민주당 장기수 천안시장 후보, "원팀으로 일하는 캠프 꾸릴 것"
  4. 이장우 "더욱 위대한 대전으로"… 재선 대전시장 출사표
  5. 충남도, 금강수목원 매각 재추진…"땅만 팔고 분쟁 위험은 세종에" 공분

헤드라인 뉴스


문동주 시즌 아웃 가능성…한화 이글스, 구세주는?

문동주 시즌 아웃 가능성…한화 이글스, 구세주는?

프로야구 한화 이글스가 주축 선수들의 컨디션 저하와 연이은 부상으로 시즌 초반부터 크게 흔들리고 있다. 특히 최근에는 선발진의 핵심인 문동주마저 부상으로 수술이 예정되면서 시즌 아웃 가능성이 제기되는 상황이다. 리그 하위권 추락 위기 속에서 대체 자원 발굴에 성공해 반등의 계기를 마련할 수 있을지 관심이 쏠린다. 5일 한화에 따르면 문동주는 현재 오른쪽 어깨 관절와순 손상 등의 부상으로 인해 검진을 진행한 병원으로부터 수술이 필요하다는 소견을 받았다. 수술 여부는 최종 확정되지 않았지만, 수술이 진행될 경우 시즌 아웃이 불가피할 것..

전남 보성 `녹차 마라톤` 흥행… 세종시에 투영한 모습은
전남 보성 '녹차 마라톤' 흥행… 세종시에 투영한 모습은

'달려야 산다'는 신조어로 연결되는 러닝 열풍이 지역 경제 활성화의 새로운 기제로 주목받고 있다. 파크 골프와 함께 전국적인 인기몰이를 하며, 지역마다 흥행 가능한 마라톤 및 러닝 대회가 다양하게 열리고 있다. 포털사이트에서 신청 가능한 대회만 올해 117개로 파악되고, 전체적으로 300~400개에 달하는 것으로 추산된다. 세종시에선 4월의 조치원 복사꽃 마라톤대회(21회)와 10월 한글축제의 한글런(3회)이 가장 큰 규모 대회로 진행되고 있다. 이 밖에 어울림 마라톤 대회와 천변 러닝 대회 등 지역민 참가 중심의 대회도 열리고 있..

[지역민 염원, 대덕세무서 신설] 대전 세정 수요·공급 불균형… 불편은 지역민·기업 몫?
[지역민 염원, 대덕세무서 신설] 대전 세정 수요·공급 불균형… 불편은 지역민·기업 몫?

(가칭) 대덕세무서 신설을 둘러싼 요구가 경제계와 산업계, 시민단체 등 지역 각계로 확산되며 공론화되고 있다. 이에 중도일보는 지방선거를 앞두고 세정 수요와 공급의 불균형 등 지역의 현안을 짚어보고, 출마 후보들이 지역민의 목소리를 정책에 반영할 수 있도록 '6·3 지방선거 아젠다, 대덕세무서 신설' 시리즈를 3회에 걸쳐 보도한다. <편집자 주> [글 싣는 순서] ① 세정 수요·공급 불균형 ② 경제계, 시민단체도 한 목소리 ③ 현실화 위해선 정치권 역량 결집 필요 6·3 지방선거를 앞두고 대덕세무서 신설 목소리가 지역 전반으로 확산..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • ‘과학과 나무랑 놀자’…유성 어린이 한마당 행사 성료 ‘과학과 나무랑 놀자’…유성 어린이 한마당 행사 성료

  • 올해 첫 모내기로 본격 영농 시작 올해 첫 모내기로 본격 영농 시작

  • 한 달여 앞으로 다가온 지방선거에 분주한 선관위 한 달여 앞으로 다가온 지방선거에 분주한 선관위

  • 다양한 체험과 공연에 신난 어린이들…‘오늘만 같아라’ 다양한 체험과 공연에 신난 어린이들…‘오늘만 같아라’