킬로그램의 과거와 현재

1kg의 무게는 얼마일까요? 과학자들은 이 겉보기에 간단해 보이는 문제를 수백 년 동안 탐구해 왔습니다.

1795년 프랑스는 "얼음이 녹는 온도(즉, 0°C)에서 부피가 1/100m인 정육면체에 들어 있는 물의 절대 무게"를 "그램"으로 규정하는 법을 공포했습니다. 1799년 과학자들은 물의 밀도가 4°C에서 가장 높을 때 물의 부피가 가장 안정적이라는 사실을 발견하여 킬로그램의 정의를 "4°C에서 순수한 물 1세제곱데시미터의 질량"으로 바꾸었습니다. 이로써 순수한 백금으로 만든 최초의 킬로그램이 탄생했는데, 킬로그램은 그 질량과 같다고 정의되며, 이를 기록 킬로그램이라고 합니다.

이 기록 보관용 킬로그램은 90년 동안 기준으로 사용되어 왔습니다. 1889년, 제1차 국제계량학회의는 기록 보관용 킬로그램과 가장 유사한 백금-이리듐 합금 복제품을 국제 원기 킬로그램으로 승인했습니다. "킬로그램"의 무게는 높이와 지름이 약 39mm인 백금-이리듐 합금(90% 백금, 10% 이리듐) 원통으로 정의되며, 현재 파리 외곽 지하에 보관되어 있습니다.

국제원자킬로그램

계몽주의 시대 이래 측량계는 보편적인 측량 체계를 확립하고자 노력해 왔습니다. 물리적 대상을 측정 기준으로 사용하는 것은 실현 가능한 방법이지만, 물리적 대상은 인위적 또는 환경적 요인에 의해 쉽게 손상되고 안정성에 영향을 미치기 때문에 측량계는 항상 이 방법을 가능한 한 빨리 폐기하기를 원해 왔습니다.

킬로그램이 국제적인 최초의 킬로그램 정의를 채택한 후, 계량학자들은 이 정의가 얼마나 안정적인지, 시간이 지남에 따라 변동될지 매우 우려하는 문제가 있습니다.

이 질문은 질량 단위 킬로그램의 정의 초기에 제기되었다는 점을 언급해야겠습니다. 예를 들어, 1889년 킬로그램이 정의되었을 때 국제도량형국(IBM)은 백금-이리듐 합금 킬로그램 분동 7개를 제작했는데, 그중 하나가 국제도량형국(IBM)입니다. 원래 킬로그램은 질량 단위 킬로그램을 정의하는 데 사용되었으며, 나머지 6개의 분동은 동일한 재질과 공정으로 제작되어 시간 경과에 따른 추의 변동 여부를 확인하는 보조 기준으로 사용되었습니다.

동시에 고정밀 기술의 발전과 함께 더욱 안정적이고 정확한 측정이 요구됩니다. 따라서 물리 상수를 사용하여 국제 기본 단위를 재정의하는 방안이 제안되었습니다. 상수를 사용하여 측정 단위를 정의한다는 것은 이러한 정의가 차세대 과학적 발견의 요구를 충족할 수 있음을 의미합니다.

국제도량형국(IBM) 공식 자료에 따르면, 1889년부터 2014년까지 100년 동안 다른 원킬로그램과 국제 원킬로그램의 품질 일관성은 약 50마이크로그램 변동했습니다. 이는 품질 단위의 물리적 기준 안정성에 문제가 있음을 시사합니다. 50마이크로그램의 변동은 미미하게 들릴 수 있지만, 일부 고급 산업에는 큰 영향을 미칩니다.

기본 물리 상수를 사용하여 킬로그램의 물리적 기준을 대체한다면, 질량 단위의 안정성은 공간과 시간의 영향을 받지 않을 것입니다. 따라서 2005년 국제도량형위원회는 국제단위계의 몇 가지 기본 단위를 정의하기 위해 기본 물리 상수 사용에 대한 프레임워크를 초안했습니다. 질량 단위인 킬로그램을 정의하기 위해 플랑크 상수를 사용할 것을 권장하며, 관련 국가 수준의 유능한 실험실에서 관련 과학 연구를 수행하도록 장려합니다.

따라서 2018년 국제계량학대회에서 과학자들은 공식적으로 국제 킬로그램원기를 폐지하고 플랑크상수(기호 h)를 새로운 기준으로 변경하여 "kg"을 재정의하기로 투표했습니다.