kg 단위, 130년 만에 바뀐다!

양자역학 상수 이용해 새로운 기준 만들어



신체검사 하는 날, 몸무게 측정 시간이 다가오면 우리는 왜인지 모르게 긴장하곤 해요. 특히 전날 과식이라도 했다면 몸무게 1㎏이라도 더 줄이기 위해 검사 전에 급하게 운동을 하기도 하죠. 그런데 이처럼 우리를 민감하게 만드는 ㎏의 정의가 무려 130년 만에 바뀐다고 해요. 무슨 일인지 함께 알아볼까요?

질량을 재는 단위 ‘킬로그램’, 즉 ‘㎏’의 정의가 개정될 예정입니다. 5개국의 과학자들로 구성된 국제 연구팀이 ‘양자역학의 상수(常數)’를 이용해 새로운 기준을 만드는 것에 성공했기 때문이죠! 

NHK에 따르면 국제 연구팀은 극히 작은 물질을 다루는 양자역학에서 사용하는 상수인 ‘플랑크 상수(Planck constant)’를 이용해 킬로그램의 정의를 다시 확인하는 연구를 추진했고, 그 결과 원자와 원자간 거리를 레이저 등으로 정밀하게 측정해 무게 1㎏짜리 규소 구체를 만드는데 성공했다고 전했습니다.

양자역학이란? 

모래알보다도 훨씬 더 작은 물질의 세계인 분자와 원자, 전자와 같은 작은 크기의 물질을 연구하는 물리학의 한 분야입니다. 현대 물리학의 기초라고도 할 수 있는 양자역학은 20세기 과학사에서 빼놓을 수 없는 컴퓨터의 주요 부품인 반도체의 원리를 설명해주는 중요한 이론이기도 하지요. 


상수(常數) | <물리> 물질의 물리적, 화학적 성질을 표시하는 수치. 일정한 상태에 있는 물질의 성질에 관하여 일정을 보이는 수를 이른다. 

원래 1㎏은 ‘4℃의 물 1ℓ의 질량’이라는 정의를 가지고 있지만 물은 밀도가 불안정하기 때문에 보다 더 정확한 측정을 하기 위한 기준이 필요했어요. 그래서 1889년 미터조약에서 1㎏에 해당하는 원기둥을 1㎏의 표준 저울추로 정하고 ‘질량 원기(국제 킬로그램 원기)’라고 불렀어요. 

지름과 높이가 약 39cm인 이 저울추는 백금 90%와 이리듐 10%를 섞어 만들었는데 파리 근교 세브르의 국제도량형국(BIPM) 삼중 금고에 보관돼 있습니다. 프랑스 외 다른 나라들은 이 원기를 복제해서 만든 ‘부원기’를 사용하고 있어요. 

하지만 세월이 흐르다보니 이 원기의 질량도 서서히 변해갔어요. 원기를 닦거나 다른 부원기와 비교하는 과정에서 무게가 아주 미세하게 달라진 거죠. 사실 무게가 달라져 봤자 실생활에서는 차이를 알 수 없지만 오차를 최소화해 극도의 정확함을 추구하는 현대 물리학에서는 큰 문제가 될 수 있어 새로운 원기가 필요해졌답니다. 

국제 연구팀이 만든 원기는 정밀도가 기존 킬로그램의 오차 1억분의 5보다 훨씬 높은 1억분의 2.4라고 합니다. 이에 따라 내년 11월에 열릴 관련 국제기구 회의에서 킬로그램의 정의가 130년 만에 수정되는 것이라고 해요. 그래서 새로운 정의가 확정되면 앞으로는 더욱 정확한 ㎏을 측정할 수 있을 것으로 기대가 모아지고 있어요. 

오차(誤差) | 실지로 셈하거나 측정한 값과, 이론적으로 정확한 값과의 차이 
질량(質量) | 물체가 가지고 있는 물체 고유의 양 
밀도(密屠) | 빽빽이 들어선 정도. 물리에서는 어떤 물질의 단위 부피만큼 질량을 가리킨다




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