[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. 인공위성 기업 컨텍-AP위성, 루마니아에 지상국 시스템 전수
  2. 정부 국가철도망 계획에 대전시 역량 집중해야
  3. 대전시 2037년 전력자립도 108% 달성 관건은 '주민 수용성'
  4. 대전혁신센터, 대전창업허브 입주기업 7개사 모집
  5. [교단만필] 더 쉽게 만드는 시대, 더 깊게 배우는 교육
  1. [아침을 여는 명언 캘리] 2026년 8월7일 금요일
  2. '맥도날드·세종시립박물관' 차례로 오픈… 고운동 정주여건 좋아진다
  3. ‘폭염으로 단축 영업합니다’
  4. 극한 폭염 속 안전한 열차 운행을 위한 선로관리
  5. 한달째 '휴업' 대덕구의회…오는 10일 원구성 다시 돌입

헤드라인 뉴스


표준연, 국산 반도체 공정용 가스 `품질평가 체계` 구축

표준연, 국산 반도체 공정용 가스 '품질평가 체계' 구축

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 이호성)이 반도체 주요 공정에 쓰이는 고순도 가스 15종의 순도분석기술과 시험절차를 확립했다. 2019년 일본이 반도체 주요 소재의 수출 규제로 무역보복을 단행했을 때 불소 등의 공급처 확보가 어려웠던 경험에서 반도체 소재의 국산화와 공급망 다변화에 노력한 성과다. KRISS는 2020년 불화수소 품질평가 서비스를 시작한 이래, 단계적으로 대상을 늘려 최근 식각·세정·증착용 고순도 가스 15종에 대한 순도분석 기반을 구축했다고 7일 밝혔다. 이로써 가스별 표준 시험절차를 마련해 15종 전 품목에..

꿈의 무용단 천안, 전국 예술단과 `우리들의 하모니` 선보여
꿈의 무용단 천안, 전국 예술단과 '우리들의 하모니' 선보여

천안문화재단은 꿈의 무용단 천안이 5~7일까지 '2026 꿈의 예술단 합동캠프'에 참가해 전국 아동·청소년 예술단원들과 교류하며 공동 무대를 선보였다고 밝혔다. '우리들의 하모니'를 주제로 강원도 평창에서 열린 이번 캠프에서 꿈의 무용단 천안은 논산·공주 단원들과 함께 '아리랑을 위한 시퀀스'를 선보이며 화합의 의미를 담은 무대를 펼쳤다. 합동공연에서 전국 꿈의 예술단이 함께하는 다채로운 공연과 함께 '나의 내일을'을 주제로 피날레 무대를 선보이며 캠프를 마무리했다. 재단 관계자는 "이번 합동캠프는 단원들이 전국의 또래 친구들과 예..

"132억 농어민 희망자금 푼다", 서산시, 2만2천여 농어업인에 농어민수당 지급
"132억 농어민 희망자금 푼다", 서산시, 2만2천여 농어업인에 농어민수당 지급

충남 서산시가 농업과 어업의 공익적 가치를 인정하고 지역 농어업인의 안정적인 생계와 경영을 지원하기 위해 총 132억 원이 넘는 농어민수당을 지급한다. 시는 8월 10일부터 2026년 농어민수당 132억 7,000여만 원을 지급한다고 밝혔다. 이번 지급 대상은 모두 2만 2,002명으로, 분야별로는 농업인 2만 1,462명, 어업인 480명, 축산업 종사자 35명, 임업인 25명이다. 농어민수당은 농업과 어업이 식량안보와 환경보전, 농촌 공동체 유지 등 다양한 공익적 기능을 수행하는 점을 인정해 농어업인의 경영 안정을 지원하기 위해..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • ‘안전모를 착용합시다’ ‘안전모를 착용합시다’

  • 극한 폭염 속 안전한 열차 운행을 위한 선로관리 극한 폭염 속 안전한 열차 운행을 위한 선로관리

  • ‘폭염으로 단축 영업합니다’ ‘폭염으로 단축 영업합니다’

  • ‘충청권 식수원을 보호하라’…대청호 녹조 제거하는 방제선 ‘충청권 식수원을 보호하라’…대청호 녹조 제거하는 방제선