프랑스 파리에서 열리는 제26차 국제도량형총회(CGPM, 측정 표준 분야 최고 의사결정기구)에서 금속 블록인 국제 킬로그램 원기(原器)로 질량의 국제 표준을 정하던 것을 물질 상수 '플랑크상수(h)'에 의한 정의로 바꾸는 안을 의결한다.
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백금 90%, 이리듐 10%로 구성된 높이, 지름 각각 39mm인 원기둥 모양의 원기. 파리 외곽 금고에 보관돼 있다/사진=국제도량형국(BIPM)
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현재의 1kg은 '르그랑K'(Le Grand K)로 이름 붙여진 물체(원기)의 질량을 기준으로 삼고 있다. 국제 도량학계는 1889년 백금 90%, 이리듐 10%로 구성된 높이, 지름 각각 39mm인 원기둥 모양의 원기를 1kg의 국제 기준으로 정한 뒤 유리관에 담아 파리 인근 국제도량형국(BIPM) 지하 금고에 보관해 왔다.
그러나 르그랑K가 130년이 다 되어 가면서 처음 만들었을 때보다 최대 100㎍(마이크로그램ㆍ100만분의 1g) 가벼워졌다. 원기 표면이 산화되는 등 문제가 생긴 것. 이에 도량학계는 변하지 않는 ‘상수’로 질량을 새로 정의할 필요가 있다는 지적을 제기해 왔다. 원기에 오차가 생기면 미세한 질량 차이로 유의미한 변화가 생길 수 있는 의약품 등 산업 분야에 치명적인 문제가 발생할 수 있다.
영국 런던 국립물리학연구소(NPL) 측은 “르그랑K를 기준으로 설탕 봉지의 무게를 재는 것은 여전히 유효하지만 의약품 무게 측정 등 한층 정교한 과학 분야에서는 점차 용인하기 힘들어지고 있다"고 설명했다.
이에 따라 도량학계는 변하는 물질 대신에 변하지 않는 수인 '상수'를 이용키로 하고 물리상수 중 하나인 '플랑크 상수(h)'로 질량을 정의하는 안을 내놨다. 플랑크 상수는 빛 에너지와 파장 사이의 관계를 설명하는 양자역학 상수이자 전류 및 전압의 강도를 토대로 중량을 재는 특수저울 '키빌 저울'로 측정할 수 있는 불변의 자연 상수이다.
이번 총회에서는 kg뿐 아니라 암페어(A), 켈빈(K), 몰(㏖) 단위도 상수인 아보가드로 상수, 기본 전하, 볼츠만 상수를 이용해 다시 정의한다.
이중 암페어(A)의 경우 정의 자체가 모호한 경우다. 1948년 열린 제9차 CGPM 총회에서 1A는 ‘무한히 길고 무시할 수 있을 만큼 작은 원형 단면적을 가진 두 개의 평행한 직선 도체가 진공 중에서 1m 간격으로 유지될 때 두 도체 사이에 m당 1000만분의 2뉴턴(N)의 힘이 생기게 하는 일정한 전류’라고 정의했다. 이에 대해 학자들은 "무한히 길고 무시할 수 있을 만큼이란 표현은 매우 주관적인 판단"이라고 지적해 왔다.
한국표준과학연구원 물리표준본부 이호성 박사는 “7개의 주요 국제단위계 중 이미 변하지 않는 값을 중심으로 재정의한 길이(m), 시간(s), 광도(cd)를 제외하고 나머지 4개 단위가 한번에 바뀌는 것은 1960년 국제단위계가 제정된 이후 처음”이라고 설명했다.
또 “변화된 단위 기준은 우리 일상생활에 큰 영향을 미치지 않지만, 독성 조절 등 초정밀 측정기술을 필요로 제약 등의 분야에선 영향을 받을 수 있다”고 덧붙였다.
새 기준이 통과되면 세계측정의날(WMD)'인 내년 5월 20일부터 전 세계 산업계와 학계가 전면적으로 새롭게 정의된 단위를 사용하게 된다. | |
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