내년 130년만에 ‘킬로그램’(kg) 정의 바뀐다

백금과 이리듐으로 만든 킬로그램 원기. 사진 = 한국표준과학연구원 제공

질량의 단위 ‘킬로그램’(kg)의 정의가 내년에 바뀐다. 지난 1889년부터 통용되던 질량의 국제 표준이 130년 만에 달라지는 것이다.

28일 한국표준과학연구원에 따르면 내년 11월 프랑스에서 열리는 제26차 국제도량형총회(CGPM)에서 ‘kg 재정의 안건’을 최종 의결한다.

kg의 새로운 정의는 오는 2019년 5월 20일부터 산업계 및 학계에서 적용된다. 국제 사회가 지금껏 사용해온 kg을 이번에 재정의키로 합의한 건 ‘기준’이 바뀌는 점을 보완하기 위해서다.

현재 1kg은 원기로 지정하고 있다. 원기는 1kg의 기준이 되는 물체를 일컫는 용어다. 백금 90%와 이리듐 10%로 구성됐다. 높이와 지름이 각각 39mm인 원기둥 모양 물체다. 이 물체는 유리관에 담겨 파리 인근 국제도량형국(BIPM) 지하 금고에 보관돼 왔다.

하지만 아무리 반응성이 낮은 백금도 시간이 흐르며 생기는 변화를 피할 수는 없다.

원기는 100년이 지나는 동안 공기와 반응하기도 하고 이물질이 묻기도 해 질량이 미세하게 변했다. 현재 처음 만들었을 때보다 최대 100㎍(마이크로그램·100만분의 1g)은 가벼워진 것으로 추정된다.

이에 국제 사회는 언제든 변할 수 있는 ‘물체’ 대신, 영원히 변치 않는 ‘상수’로 kg을 정의한다.

kg의 재정의에는 기본 물리상수 중 하나인 ‘플랑크상수’(h)를 이용할 예정이다. 플랑크상수는 빛 에너지와 파장 사이의 관계를 설명하는 양자역학 상수다. 이미 여러 연구진이 실험을 통해 플랑크상수의 ‘측정값’을 제시했다.

국내에선 이광철 표준연 역학표준센터 책임연구원팀이 물리적 에너지와 전기적 에너지를 비교하는 장치인 ‘키블저울’로 이 상수를 도출했다.

실험에 따라 측정값은 조금씩 달라지지만, 국제 사회는 현재 이들 수치를 종합해 플랑크상수를 정의했다.

이광철 연구원은 “지금껏 kg은 사람이 만든 물체의 질량을 기준으로 정의돼 있었는데 새로운 kg은 변치 않는 물리상수인 플랑크상수 값을 기준으로 한다”며 “새로운 단위계가 현재 단위계보다 안정적”이라고 밝혔다.

한편 내년 도량형총회에서는 물질량(mol·몰), 전류(A·암페어), 온도(K·켈빈) 단위도 이런 상수를 이용해 재정의된다. 물질량은 ‘아보가드로 수’를, 전류는 ‘기본전하’를 이용할 예정이다.