킬로그램의 역사와 '르 그랑 K'의 비밀

킬로그램의 기원과 '르 그랑 K'

프랑스 혁명 이후, 혼란스러운 측정 단위를 통일하기 위한 노력이 시작되었습니다. 그 결과, 1875년 프랑스 세브르에 위치한 국제도량형국(BIPM)에서 플래티넘과 이리듐 합금으로 만든 원통형의 국제 킬로그램 원기(International Prototype of the Kilogram), 일명 '르 그랑 K(Le Grand K)'가 탄생했습니다. 이 작은 금속 실린더는 전 세계 질량 측정의 기준이 되었습니다.

'르 그랑 K'의 보관과 문제점

'르 그랑 K'는 세브르의 삼중 잠금 장치가 된 금고에 보관되었으며, 40년마다 한 번씩만 꺼내어 전 세계의 복제본들과 비교 측정을 했습니다. 그러나 시간이 지남에 따라 '르 그랑 K'와 그 복제본들 사이에 미세한 질량 차이가 발생하기 시작했습니다. 일부 복제본은 원본보다 약 50마이크로그램 무거워졌으며, 이는 대략 파리의 날개 무게에 해당합니다. 이러한 변화는 미세하지만, 과학적 측정의 정확성을 유지하기 위해서는 큰 문제였습니다.

킬로그램 재정의의 필요성

질량의 기준이 물리적 객체에 의존하는 것은 한계가 있음을 깨달은 과학자들은 보다 안정적인 기준을 찾기 시작했습니다. 그 결과, 2018년 11월 16일, 제26차 국제도량형총회(CGPM)에서 킬로그램을 플랑크 상수(Planck constant)를 기반으로 재정의하기로 만장일치로 결정했습니다. 플랑크 상수는 양자 물리학의 기본 상수로, 변하지 않는 자연의 값입니다.

플랑크 상수와 킬로그램의 새로운 정의

플랑크 상수는 빛의 에너지와 주파수 사이의 관계를 나타내는 상수로, 값은 약 6.62607015 × 10^{-34} Js입니다. 새로운 정의에 따르면, 킬로그램은 이 플랑크 상수의 고정된 값을 기반으로 하며, 이를 통해 시간과 공간에 관계없이 일관된 질량 측정이 가능해졌습니다.

'르 그랑 K'의 현재와 미래

2019년 5월 20일부터 새로운 정의가 공식적으로 시행되었으며, '르 그랑 K'는 더 이상 공식적인 질량 기준이 아닙니다. 그러나 이 역사적인 원기는 여전히 세브르의 국제도량형국에 보관되어 있으며, 과학적 연구와 역사적 의미를 지니고 있습니다.

과학적 측정의 발전과 의의

이러한 변화는 과학이 물리적 객체에서 벗어나 자연의 불변하는 상수를 기준으로 삼는 방향으로 발전하고 있음을 보여줍니다. 이를 통해 측정의 정확성과 신뢰성이 향상되었으며, 과학 기술의 발전에 큰 기여를 하게 되었습니다.