킬로그램의 역사: 'Le Grand K'에서 플랑크 상수까지

킬로그램의 기원과 'Le Grand K'의 탄생

프랑스 혁명 이후, 과학자들은 보편적이고 변하지 않는 측정 단위를 만들기 위해 노력했습니다. 그 결과, 1799년에는 물 1리터의 질량을 기준으로 한 '킬로그램 원형(Kilogramme des Archives)'이 제작되었습니다. 그러나 물의 밀도와 측정 조건에 따른 변동성 때문에, 보다 안정적인 기준이 필요해졌습니다.

1889년, 국제 도량형 총회(CGPM)는 백금 90%와 이리듐 10%로 이루어진 원기둥 모양의 국제 킬로그램 원기(International Prototype of the Kilogram, IPK)를 채택했습니다. 이 원기는 'Le Grand K'라는 애칭으로 불리며, 프랑스 세브르에 위치한 국제 도량형국(BIPM)의 삼중 잠금 장치가 된 금고에 보관되었습니다. 이 원기는 전 세계 질량 측정의 기준이 되었습니다. :contentReference[oaicite:0]{index=0}

'Le Grand K'의 문제점과 새로운 정의의 필요성

'Le Grand K'는 엄격한 보관 조건에도 불구하고, 시간이 지남에 따라 미세한 질량 변화를 겪었습니다. 100여 년 동안 약 50마이크로그램의 변동이 관찰되었으며, 이는 먼지 한 알의 무게보다도 작지만, 정밀한 과학 연구와 산업 응용에서는 무시할 수 없는 수준이었습니다. 이러한 변동은 물리적 원기를 기준으로 한 측정 단위의 한계를 드러냈습니다. :contentReference[oaicite:1]{index=1}

플랑크 상수를 기반으로 한 킬로그램 재정의

이러한 문제를 해결하기 위해, 과학자들은 변하지 않는 자연 상수를 기반으로 한 새로운 질량 단위 정의를 모색했습니다. 그 결과, 2019년 5월 20일부터 킬로그램은 플랑크 상수(h)를 기반으로 재정의되었습니다. 플랑크 상수는 양자 역학에서 기본적인 상수로, 값이 변하지 않습니다. 이 새로운 정의는 키블 저울(Kibble balance)과 같은 정밀한 장비를 사용하여 구현되며, 전기적 측정을 통해 질량을 결정합니다. :contentReference[oaicite:2]{index=2}

새로운 정의의 의의와 영향

플랑크 상수를 기반으로 한 킬로그램의 재정의는 물리적 원기에 의존하지 않고, 변하지 않는 자연 상수를 기준으로 삼음으로써 측정의 안정성과 정확성을 향상시켰습니다. 이는 과학 연구, 산업, 무역 등 다양한 분야에서 보다 신뢰성 있는 질량 측정을 가능하게 하며, 특히 나노기술과 같은 첨단 분야에서 중요한 역할을 합니다. :contentReference[oaicite:3]{index=3}

이러한 변화는 과학계에서 측정 단위의 정의를 자연 상수에 기반하여 보다 보편적이고 영구적인 기준으로 삼으려는 노력의 일환으로, 미터, 초 등의 다른 단위들도 이미 이러한 방식으로 재정의되었습니다. 킬로그램의 재정의는 이러한 흐름에 맞춰 측정 과학의 새로운 시대를 열었습니다.