물건의 단위는 국가별로 다양하다.
예를 들어 무게라면 우리나라에서는 킬로그램이 일반적인 것이지만, 미국 등에서는 파운드를 사용하기도 한다. 덧붙여서 1킬로그램은 2.2파운드 또는 1000그램이다.
그런데, 그 의미를 제대로 이해하고 있을까?
측정 단위에 대한 전세계 동의를 얻는 것은 생각보다 어렵다. 실은 지금, 무게의 단위에 대한 정의가 약 130년 만에 변경 되려고 하고있다.
- 킬로그램은 어떻게 정해져 있는지?
현재, 세계 표준이되고 있는 킬로그램은 "국제 킬로그램 원기(IPK)"라는 백금과 이리듐으로 만들어진 기둥이 기본으로 되어있다.
국제 킬로그램 원기는 40년에 한 번 측정되고, 제대로 1킬로그램 인 것이 확인된다. 그런데 최근의 측정 결과는, IPK의 무게는 불안정 한 것으로 밝혀지고 있다.
이 때문에, 무역 및 과학 분야, 심지어 로켓 공학 같은 엄격한 정밀도가 요구되는 분야에 혼란을 야기 할 것으로 우려되고 있다.
그 뿐만이 아니다. 현재 IPK는 프랑스에있는 국제 도량형 국에 엄중하게 보관되어 있는데, 만일 사고가 일어나 분실되어버리면 세계에서 1킬로그램을 알 수있는 방법이 없어져 버린다.
그런 문제가 있는 원기의 무게를 기준으로 1kg을 정하고있는 등 신기하게도 보일 수 있다. 하지만, 그것은 오랜 세월 세계에서 채택되어 온 것은 제대로 된 이유가 있다. 그 이외의 방법으로 1kg를 아는 것이 어렵기 때문이다.
- 계측 학 단위의 발전
다양한 단위는 저절로 정해져 있다고 생각 할지도 모른다.
예를 들어, 1일의 경우 24시간, 1시간 60분, 1분은 60초라고 하는 식이다. 그러나 역사적으로 보면, 그들은 세계에서 관찰되는 자명 한 현상을 기반으로 정의되는 것이 사실이다.
계측 학에서는 이러한 자명 한 현상은 유물이라고한다.
항공 우주 엔지니어의 맥스 헤이긴은 자신의 트윗에서, 과학자들은 유물에 비해 뭔가를 측정하는 방식을 극복하려는 오랜 노력을 해왔다고 말했다.
예를 들어, 과거 1초는 지구가 태양을 한 바퀴 도는데 걸리는 시간의 1/31556925.9747의 시간이라고 했다. 그러나 현재는 세슘 133 원자의 전자들이 9,192,631,770번 진동하는데 걸리는 시간으로 정의되어 있다.
왜 이렇게도 귀찮은 방법을 하는가 생각할 수도 있겠지만, 원자의 행동을 이용함으로써 우주의 어디에 있든, 1초 1초의 것을 상당히 확실하게 알 수있다는 장점이 있다.
즉, 과학자는 측정 단위를 결정하기 위해 인위적인 대상을 비교하는 것을 그만두고, 보편적 인 상수를 찾으려고 하고있다.
- 그런데 킬로그램만은 못했다.
초는, 킬로그램이나 미터 외에 4개의 단위와 함께 국제 단위계(SI 단위)를 구성한다. 이것은 측정 단위의 기본이 되는 것으로, 그 대부분은 유물을 이용하지 않고 정의되어있다.
그런데 킬로그램에 대해서는, 복잡 괴기한 중력을 고려하지 않으면 안되기 때문에, 인공물을 빼고 정의하는 것이 매우 곤란했다.
질량과 무게는 혼동하기 쉽지만, 실은 별개의 것에 얼마나 물질이 있는지를 의미한다. 과학자가 국제 킬로그램 원기를 빼고서 킬로그램을 정의하고 싶다고 생각하고 있는것도 이 때문이다.
- 플랑크 상수로 킬로그램을 새롭게 정의
그리고 채택 된 것이 와트 천칭이다. 현재 미국 국립 표준 기술 연구소와 영국 국립 물리학 연구소 등 여러 연구소에서 개발중인 이 장비는 플랑크 상수를 기준으로 킬로그램을 정의 할 수있는 것으로 기대되고있다.
플랑크 상수라는 것은, 양자 이론을 이해하는 데 있어서 중심적인 역할을 하는 물리 상수이다.
즉, 와트 천칭은 질량을 결정하기 위해 무게를 측정하는 것이 아니라, 두 개의 판 사이의 전자기력을 측정하여 결정한다. 그것도 진공 속에서이다.
즉, 전력에 의해 물체의 질량을 측정한다. 거기에는 여러가지 까다로운 계산식이 있는데, 물리에 약한 사람이라면, 킬로그램을 원기없이 다시 정의 할 수있는 것만 기억해두면 좋을 것이다.
또한, 이것이 새로운 정의로 채택되기 위해서는 이달 13~16일 열리는 국제 도량형 총회에서 승인 될 필요가 있다. 130년 만에 역사가 바뀔 것인가. 지금 세계는 킬로그램에 주목하고 있다.