질량의 정의

5월 20일은 세계 측정의 날이다. 오늘 질량의 정의가 새롭게 정의되었다. 질량을 정의한다기보다는 플랑크 상수를 정의한 것이다. 플랑크상수는 6.62607015×10^(-14)로 정의되었다. 킬로그램 원기는 프랑스에 보관되어 있는데 온도, 습도 및 시간의 경과에 따라 킬로그램 원기의 질량이 미세한 차이가 나는 현상 때문에 객관적인 기준이 필요하다는 공감이 있었다. 그동안 크게 두 가지 흐름이 있었다. 와트저울 방식은 미국, 영국, 프랑스, 스위스 등이 주도하였고 1980년대부터 연구가 진행되어 왔다. 기계적 일률(m·g·v)과 전기적 일률(c·f^2 ·h)이 동일하다는데 착안하여 플랑크상수를 정의하면 질량이 계산될 수 있다는 원리에 기반하여 서로 다른 그룹이 플랑크 상수를 측정하는 연구를 해왔고 이번에 소수점 여섯자리 이하를 정의하게 된 것이다. 또 다른 흐름은 아보가드로 프로젝트였는데 1kg짜리 실리콘 공의 원자 갯수를 세어 이를 표준으로 하고자 한 것이었다. 아보가드로 프로젝트에는 독일, 일본, 호주, 이탈리아가 가담하였다. 오늘 질량의 정의는 와트저울의 이론에 따른 것이다. 우리나라는 첨단 연구와 10년 격차가 있다고 표준연구원이 스스로 밝히고 있다.

몇 년 전 측정의 대상이었던 빛의 속도를 정의해 버렸다. 속도는 거리/시간 이므로 진공에서 빛이 1초에 299,792,458m 진행하는 것으로 정의해 놓으니 거리도 재정의되었다. 이번 질량도 마찬가지다. 플랑크 상수의 단위는 J·s이다. SI단위계로 나타내면 kg·m^2 ·s ^(-1) 이다. 플랑크 상수를 고정시키면 질량이 산출된다. 거리와 시간이 모두 고정되었기 때문이다.

수학에서는 무한과 연속이라는 개념이 지배적인데 우리가 사는 세상은 연속적이지 않다는 것을 플랑크가 1900년에 양자가설을 통해 제안했고 이는 실험으로 증명되었다. 비록 플랑크 상수는 어마어마하게 작은 값이지만 0과 플랑크상수 사이의 값은 물리적으로 존재하지 않는 값이다. h를 2π로 나눈 ħ는 하바라고 읽는데 영어권에서는 에이치 바, 독일어로는 하 크베어라고 부른다. 선형변환에서 고윳값을 eigenvalue라고 하는 것처럼 독일어와 영어가 짬뽕인 사례다. 양자가설은 이제 측정의 단위가 될 만큼 진리로 받아들여지고 있다.