킬로그램의 과거와 현재

1킬로그램은 얼마나 무거울까요? 과학자들은 이看似 간단해 보이는 문제를 수백 년 동안 탐구해 왔습니다.

1795년 프랑스는 "그램"을 "얼음이 녹는 온도(즉, 0°C)에서 부피가 1/100m³인 정육면체 안에 든 물의 절대 무게"로 정의하는 법을 공포했습니다. 1799년 과학자들은 물의 밀도가 가장 높은 4°C에서 물의 부피가 가장 안정적이라는 사실을 발견했고, 이에 따라 킬로그램의 정의는 "4°C에서 순수한 물 1세제곱데시미터의 질량"으로 변경되었습니다. 이로써 순수한 백금으로 만든 최초의 킬로그램이 탄생했으며, 이 킬로그램은 그 질량과 동일한 것으로 정의되어 아카이브 킬로그램이라고 불립니다.

이 보존용 킬로그램은 90년 동안 기준점으로 사용되어 왔습니다. 1889년 제1차 국제 계측 회의에서는 보존용 킬로그램과 가장 유사한 백금-이리듐 합금 복제품을 국제 표준 킬로그램으로 승인했습니다. "킬로그램"의 무게는 높이와 지름이 약 39mm인 백금-이리듐 합금(백금 90%, 이리듐 10%) 원통으로 정의되며, 현재 파리 외곽의 한 지하실에 보관되어 있습니다.

국제 표준 킬로그램

계몽 시대 이후로 측량계는 보편적인 측량 체계를 확립하기 위해 노력해 왔습니다. 물리적 대상을 측정 기준으로 사용하는 것은 실현 가능한 방법이지만, 물리적 대상은 인위적 또는 환경적 요인에 의해 쉽게 손상되어 안정성이 저하될 수 있으므로, 측량계는 항상 이 방법을 가능한 한 빨리 버리고자 했습니다.

킬로그램이 국제 표준 정의를 채택한 후, 계측학자들이 매우 우려하는 질문이 하나 있습니다. 바로 이 정의가 얼마나 안정적인가 하는 것입니다. 시간이 지남에 따라 변동될 가능성은 없는가 하는 것입니다.

이 문제는 킬로그램이라는 질량 단위의 정의가 시작될 때부터 제기되었던 질문이라는 점을 언급해야 합니다. 예를 들어, 1889년 킬로그램이 정의될 당시 국제도량형국(IBDM)은 백금-이리듐 합금으로 7개의 킬로그램 추를 제작했는데, 그중 하나는 킬로그램 질량 단위를 정의하는 데 사용되는 국제 표준 킬로그램 추이고, 나머지 6개는 같은 재질과 같은 공정으로 제작되어 시간 경과에 따른 오차 발생 여부를 확인하는 보조 기준으로 사용되었습니다.

동시에 고정밀 기술의 발전과 더불어 더욱 안정적이고 정확한 측정에 대한 필요성도 대두되었습니다. 따라서 물리 상수를 이용하여 국제 기본 단위를 재정의하자는 제안이 나왔습니다. 상수를 사용하여 측정 단위를 정의하는 것은 이러한 정의가 차세대 과학적 발견에 필요한 요건을 충족할 수 있도록 해줍니다.

국제도량형국의 공식 자료에 따르면, 1889년부터 2014년까지 100년 동안 다른 표준 킬로그램과 국제 표준 킬로그램의 품질 일관성은 약 50마이크로그램 정도 변화했습니다. 이는 품질 단위의 물리적 기준의 안정성에 문제가 있음을 보여줍니다. 50마이크로그램이라는 수치는 작아 보일 수 있지만, 일부 고급 산업에는 상당한 영향을 미칩니다.

만약 기본적인 물리 상수들을 이용하여 킬로그램이라는 물리적 기준 단위를 대체한다면, 질량 단위의 안정성은 시공간적 제약을 받지 않을 것입니다. 따라서 국제도량형위원회는 2005년에 국제단위계(SI)의 일부 기본 단위를 정의하는 데 기본적인 물리 상수들을 활용하는 방안을 마련했습니다. 특히 플랑크 상수를 질량 단위 킬로그램의 기준으로 삼을 것을 권고하며, 관련 연구를 수행할 수 있는 국가급 연구소들을 장려하고 있습니다.

따라서 2018년 국제 계측 학회에서 과학자들은 국제 표준 킬로그램을 공식적으로 폐지하고 플랑크 상수(기호 h)를 새로운 기준으로 삼아 "kg"을 재정의하기로 투표했습니다.