단위의 정의가 바뀌었다? 달라진 국제기본단위의 모든 것! [인포그래픽]

[시선뉴스 조재휘 / 디자인 최지민] 지난해 측정 단위의 최고 의결기관인 국제도량형총회에서는 국제기본단위(SI)를 재정의하고, 2019년 5월 20일 세계측정의 날을 시작으로 전 세계적으로 적용하기로 결정했다. 이번 단위 재정의에는 플랑크 상수(h), 기본 전하(e), 볼츠만 상수(k), 아보가드로 상수(NA)라는 고정된 값의 기본상수를 기반으로 킬로그램, 암페어, 켈빈, 몰을 새롭게 정의했는데 과연 어떤 내용을 담고 있는지 한번 살펴보도록 하자.

■ 미터협약 체결
→ 1875년 5월 20일 세계측정의 날
 - 미터법의 실용성과 체계성을 인정, 세계 17개국이 미터법을 따르기로 함
→ 우리나라는 1959년 미터협약 가입
 - 1964년 계량법에 의거 미터법 전면 실시

■ 국제기구 창설
→ 미터협약에 따라 세계 측정표준 확립을 위한 국제기구 창설
→ 국제도량형총회(CGPM)
 - 미터협약 회원국 대표들이 참석하는 총회로 CIPM 주관이며 4년마다 개최
 - 글로벌 측정표준의 주요 사안에 대한 유일한 국제의결기구
→ 국제도량형위원회(CIPM)
 - BIPM 활동의 조정 및 감독
 - CGPM의 최고 자문위원회로서 실질적인 운영 담당 및 국제단위의 제/개정 필요성 및 국제적 측정표준 이슈 발굴
→ 국제도량형국(BIPM)
 - 미터협약을 근거로 설립된 국제표준연구 사무국
 - 전 세계 측정단위와 표준의 국제적 동등성 확보가 목표

■ 국제단위계(SI)
→ 과학, 기술 상업 등 모든 분야에서 전 세계가 공통으로 사용할 수 있는 단위계
→ 7개의 기본단위와 유도단위들로 구분
 - 기본단위 : 미터(m), 킬로그램(kg), 초(s), 암페어(A), 켈빈(K), 칸델라(cd), 몰(mol) 
 - 유도단위 : 기본단위의 조합 또는 기본단위와 다른 유도단위가 조합된 단위

■ 기본단위
→ 길이의 단위 : 미터(m)
→ 질량의 단위 : 킬로그램(kg)
→ 시간의 단위 : 초(s)
→ 전류의 단위 : 암페어(A)
→ 온도의 단위 : 켈빈(K)
→ 물질량의 단위 : 몰(mol)
→ 광도의 단위 : 칸델라(cd)

■ 국제기본단위 정의 문제점①
→ 인공물로 만든 정의는 언젠가 변화
 - 질량의 단위(kg)는 1889년 백금과 이리듐 합금인 인공물의 질량을
   1kg 국제표준으로 삼았으나, 현재 질량이 약 수십 ㎍ 변함
 - 탄소의 ‘질량’을 바탕으로 정의한 mol 또한 kg 원기 질량의 변화로 인한
   변동성을 함께 안고 있음

■ 국제기본단위 정의 문제점②
→ 특정 물질에 의존하는 정의는 불안정
 - 온도의 단위(K)는 ‘물’의 삼중점이 동위원소의 비율에 따라 달라져
   불안정해지는 문제점 발생

■ 국제기본단위 정의 문제점③
→ 애매한 표현이 사용된 정의는 혼란 야기
 - 전류의 단위(A)는 정의 중 ‘무한히 길고 무시할 수 있을 만큼’의 정의 표현은
   모호하고 실현 어려움
 - 현재 각 나라의 표준기관에서는 저항표준기와 전압표준기가 있어
   옴의 법칙(전류=전압/저항)을 이용하는 간접적인 방법으로 암페어 구현

■ 국제기본단위 재정의 현황 (과거)
→ 시간 (s, 초)
 - 단위 정의 상수 : 세슘 전이 주파수(ΔνCs = 9 192 631 770 Hz)를 이용
 - 재정의 연도 : 1967년
→ 길이 (m, 미터)
- 단위 정의 상수 : 진공에서의 빛의 속력(  = 299 792 458 m s–1)을 이용
-재정의 연도 : 1983년
→ 광도 (cd, 칸델라)
- 단위 정의 상수 : 단색광 시감효능(Kcd = 683 lm W–1)을 이용
-재정의 연도 : 1979년

■ 국제기본단위 재정의 현황 (최근)
→ 질량 (kg, 킬로그램)
 - 단위 정의 상수 : 플랑크 상수(h = 6.626 070 15 × 10-34 J s)를 이용
 - 재정의 연도 : 2019년
→ 전류 (A, 암페어)
 - 단위 정의 상수 : 기본 전하(e = 1.602 176 634 × 10-19 C)를 이용
 - 재정의 연도 : 2019년
→ 온도 (K, 켈빈)
 - 단위 정의 상수 : 볼츠만 상수(k = 1.380 649 × 10-23  J K-1)를 이용
 - 재정의 연도 : 2019년
 → 물질의 양 (mol, 몰)
 - 단위 정의 상수 : 아보가드로 상수(NA = 6.022 140 76 × 1023  mol-1)를 이용
 - 재정의 연도 : 2019년

변경된 내용이 일상생활에서 직접 느낄 수 있는 변화를 가져오는 것은 아니지만, 첨단과학기술의 기틀인 기본단위의 재정의는 과학기술인들에게 소중한 결실임이 분명하다. 이번 재정의를 통해 정밀해진 측정을 바탕으로 고도화되고 수많은 과학기술의 창출로 이어지길 기대해본다.