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1kg의 정의, 내년 바뀐다...‘물체’ 대신 ‘상수’로

중앙일보 2017.12.28 11:02
백금과 이리듐으로 만든 질량(kg)원기. [한국표준과학연구원 제공]

백금과 이리듐으로 만든 질량(kg)원기. [한국표준과학연구원 제공]

질량의 단위 '킬로그램'(kg)의 정의가 내년에 바뀐다.
 
28일 한국표준과학연구원에 따르면 내년 11월 프랑스에서 열리는 제26차 국제도량형총회(CGPM)에서 'kg 재정의 안건'을 최종 의결하기로 했다.
 
새로운 kg의 정의는 2019년 5월 20일부터 산업계 및 학계에서 실제로 적용된다. 1889년부터 통용되던 질량의 국제 표준이 130년 만에 달라지게 된다.
 
이번 kg 재정의에 국제사회 합의가 이뤄진 이유는 '기준'이 바뀌는 것을 보완하기 위해서다. 현재 1kg은 원기(原器)로 지정하고 있다. 원기는 1kg의 기준이 되는 물체를 일컫는 용어다. 백금 90%와 이리듐 10%로 구성됐으며, 높이와 지름이 각각 39mm인 원기둥 모양의 물체다. 이 물체는 유리관에 담겨 파리 인근 국제도량형국(BIPM) 지하 금고에 보관돼왔다.
 
문제는 이 원기 물체가 시간이 흐르며 변화한다는 점이다. 100년이 지나는 동안 원기는 공기와 반응하기도 하고, 이물질이 묻기도 해 미세하게 질량이 변했다. 지금은 처음 만들었을 때보다 최대 100㎍(마이크로그램·100만분의 1g) 정도 가벼워진 것으로 추정된다.
 
마모·이물질이 야기하는 미세한 변화는 실제 산업계나 일상생활에서는 거의 느낄 수 없는 차이다. 그러나 미세한 질량을 다루는 실험 환경, 정밀한 계측이 요구되는 산업 현장에서는 치명적인 오류로 이어질 수 있어 중요하다. 이에 국제 사회는 언제든 변할 수 있는 '물체' 대신, 영원히 변치 않는 '상수'로 kg을 정의하기로 했다.
 
kg의 재정의에는 기본 물리상수 중 하나인 '플랑크상수'(h)를 이용할 예정이다. 플랑크상수는 빛 에너지와 파장 사이의 관계를 설명하는 양자역학 상수다. 이미 여러 연구진이 실험을 통해 플랑크상수의 '측정값'을 제시한 상태다.
 
국내에선 이광철 표준연 역학표준센터 책임연구원팀이 물리적 에너지와 전기적 에너지를 비교하는 장치인 '키블저울'로 이 상수를 도출한 바 있다.
 
실험에 따라 측정값은 조금씩 달라지지만, 국제 사회는 현재 이들 수치를 종합해 플랑크상수를 정의한 상태다.
 
이광철 연구원은 "지금까지 kg은 사람이 만든 물체의 질량을 기준으로 정의돼 있었는데, 새로운 kg은 변치 않는 물리상수인 플랑크상수 값을 기준으로 한다"며 "새로운 단위계가 현재 단위계보다 안정적이라고 할 수 있다"고 설명했다.
 
이밖에 내년 도량형총회에서는 물질량(mol·몰), 전류(A·암페어), 온도(K·켈빈) 단위도 이런 상수를 이용해 재정의하게 된다. 물질량은 '아보가드로 수'를, 전류는 '기본전하'를 이용할 예정이다.
 
이 연구원은 "도량형총회에서 한 번에 4개의 정의를 바꾸는 것은 처음"이라며 "물리상수를 기초로 재정의해, 국제단위계가 더욱 견고해지리라 생각한다"고 말했다.
 
오원석 기자 oh.wonseok@joongang.co.kr
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