국제단위계 해설

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사용자를 위한 국제단위계 개정 안내

국제단위계(1) (SI)는 초(s), 미터(m), 킬로그램(kg), 암페어(A), 켈빈(K), 몰(mol), 칸델라(cd)의 7개 기본단위를 기반으로 하는데, 이 중 4개 단위가 개정됩니다. 2018년 11월, 킬로그램, 암페어, 켈빈, 몰의 개정된 정의가 측정의 국제적 동등성을 보장하는 국제기구인 국제도량형총회(CGPM)에서 승인될 예정입니다. 개정된 단위의 정의는 2019년 5월 20일에 발효될 것입니다.
개정된 정의는 7개의 물리 상수(예: 빛의 속도, 플랑크 상수, 아보가드로 상수)를 기반으로 하기 때문에 본질적으로 안정합니다. 그래서 미래에 더욱 진보된 기술을 이용하여 단위를 구현할 때에도 다시 수정할 필요가 없습니다. 이와 같은 방식의 국제단위계 개정은 지난 2011년과 2014년에 채택된 CGPM 결의안에서 예견되었습니다.(2,3) 이 결의안은 4 개 단위가 개정된 정의로 순조롭게 전환될 수 있도록 추가 요구사항을 포함하고 있습니다. 대부분의 사용자들은 그 변화를 인지하지 못할 것입니다. SI 해설서(1)의 개정판은 사용자들에게 필수적인 정보를 제공할 것이며, 개정된 정의가 공식적으로 채택된 후에 발간될 것입니다. 개정된 단위의 실제적인 구현에 대한 지침도 제공될 것입니다.(4,5,6,7,8)


이런 변화가 다양한 측정 영역에 미치는 영향은 다음과 같습니다.

킬로그램(kg) 킬로그램(kg)은 플랑크 상수(Planck constant)로부터 정의되며, SI 질량 척도의 장기 안정성을 보장합니다. 킬로그램은 적합한 여러 방법(예: 키블 (와트) 저울 또는 아보가드로(X선 결정 밀도) 방법)을 통해 구현할 수 있습니다. 사용자는 현재와 동일한 기관(예: 국제도량형국(BIPM), 국가측정표준대표기관(NMI), 공인시험기관)을 통해 SI로의 소급성을 확보할 수 있습니다. 기관 간의 일관성은 국제비교를 통해 보장될 것입니다. 플랑크 상수의 값은 재정의 시점에서 SI 킬로그램에 아무 변화를 주지 않는 값으로 채택될 것입니다. 국가측정표준대표기관들이 교정 서비스 고객들에게 제공하는 불확도 또한 대부분 영향을 받지 않을 것입니다.
암페어(A) 암페어(A) 및 다른 전기 단위들은 최상위 측정 기술 수준에서 구현되고 있기 때문에, 이들 단위의 정의와 완전히 일치할 것입니다. 1990년의 협약으로부터 개정된 SI로의 전환은, 보급되는 모든 전기 단위들에게 작은 변화만을 줄 것입니다. 볼트(V)는 0.1 ppm(천만분의 일) 가량, 옴(Ω)은 그보다도 더 적게 변하기 때문에 대부분의 측정 사용자들은 어떠한 조치도 취할 필요가 없습니다. 최상위 수준의 정확도로 업무를 수행하는 실무자들은 표준 값을 조정하고, 측정불확도 총괄표를 검토해야 할 것입니다.
켈빈(K) 켈빈(K)의 재정의는 온도의 측정이나 온도의 측정소급성에 곧바로 영향을 미치지 않으며, 대부분의 사용자들은 차이를 인지하지 못할 것입니다. 재정의는 미래의 개선을 위한 기반을 만든 것입니다. 재정의는 물질에 의존하지 않고 또 기술적 제약이 없으므로, 온도 측정에서 SI에 소급성을 갖는 새롭고 정확한 기술 개발을 가능하게 합니다. 특히 극한 온도에서 그렇습니다. 재정의 이후, 켈빈의 구현에 대한 지침은 열역학적 온도 측정을 위한 1차 방법을 설명함으로써, 이미 정의된 온도 눈금인 ITS-90 및 PLTS-2000와 함께 켈빈의 전 세계적인 보급을 지원할 것입니다.
몰(mol) 몰(mol)은 입자(일반적으로 원자 또는 분자)의 특정 개수로 재정의되며, 더 이상 질량의 단위인 킬로그램에 의존하지 않습니다. 몰(mol)로의 소급성은 기존의 접근방법, 즉 원자량과 몰 질량 상수 Mu의 표와 함께 질량 측정을 통해 여전히 확립될 수 있는데, 이 방법에만 국한되는 것은 아닙니다. 원자량은 이 단위 재정의에 ​​영향을 받지 않으며, Mu는 비록 측정 불확도를 갖게 되지만 여전히 1 g/mol 입니다. 이 불확도는 매우 작기 때문에 몰의 재정의는 통상적인 업무에 어떤 변화도 요구하지 않을 것입니다.

킬로그램, 암페어, 켈빈, 몰의 재정의는 초(s), 미터(m) 및 칸델라(cd)에 아무 영향을 미치지 않습니다.

초(s) 초(s)의 정의는 세슘(Cs)-133 원자의 초미세 준위 사이의 전이 주파수로 계속 유지됩니다. 초에 대한 소급성 고리는 영향을 받지 않으며, 시간 및 주파수 측정도 영향을 받지 않습니다.
미터(m) 미터(m)의 정의는 개정된 SI에서 기본물리상수의 하나인 빛의 속력으로 계속 유지됩니다. 실제적인 길이 측정에서 어떤 변화도 필요하지 않은데, 장기 안정성이 향상되는 이점이 있을 것입니다.
칸델라(cd) 칸델라(cd)의 정의는 광도 측정과 관련된 기술상수인 Kcd로 계속 유지되며, 따라서 와트(W)와 계속 연결됩니다. 칸델라로의 소급성 또한 절대 교정된 검출기를 사용한 복사 측정 방법을 통해 확립될 것이며, 측정 불확도도 동일할 것입니다.

SI는 1960년 국제도량형총회(CGPM)에서 공식적으로 채택된 이후 여러 번 개정되었습니다. 하지만 한번에 4개의 기본단위를 대대적으로 재정의하는 것은 전례가 없는 일입니다. 그래서 다양한 측정 분야에서 동시에 전 세계적인 협력이 필요합니다. 과거의 개정과 마찬가지로 일상생활에서는 인지할만한 영향이 없도록 하였으며, 기존의 단위 정의로부터 이루어진 측정이 측정 불확도 내에서 유효하게 유지되도록 각별한 주의를 기울였습니다. 국가측정표준대표기관을 제외하면 변화를 알아차릴 사용자는 거의 없을 것입니다. CGPM 결의안이 요구하는 조건을 만족시키고 그 실험 정확도에 도달한 것은 매우 놀라운 성과입니다. 이는 SI가 최첨단 사용자의 요구조건도 지속적으로 충족시킨다는 것을 보여주는 것입니다.

이 글은 2018년에 예상되는 국제단위계 재정의에 대한 인식을 제고하기 위해 2017년 국제도량형위원회(CIPM) 자문위원회에서 작성되었습니다.


※ 한글 번역은 한국표준과학연구원 “SI 기본단위 재정의 인식제고 TF”가 수행하였습니다.