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단위이야기

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우리는 얼마나 정확한 시계가 필요할까?

  • 작성자최고관리자
  • 작성일자2016-03-02 19:49
  • 분류카드뉴스
  • 조회수694

세계의 시간을 책임지는 원자시계는 얼마나 정밀하게 시간을 측정할 수 있을까? 오늘날 세계 최고 수준의 시계인 ‘이터븀(Yb) 원자 광격자 시계’는 1 초에 2.9×10-16 초 틀릴 정도로 매우 정확하다. 이는 1억 년에 약 0.91 초의 오차를 지닌다. 여기서 ‘이렇듯 정밀한 시계가 꼭 필요한 걸까?’라는 의문이 생긴다. 이에 대한 답은 우리가 가진 시계가 정확하지 않을 때 어떤 문제들이 발생하는지 예상해 보면 쉽게 알 수 있다. / 삽화 : 세귬원자시게를 기준으로 뻐꾸기 시계, 핸드폰, TV 9시 뉴스가 정확하게 9시를 표시, (1/00초 틀리면) GPS를 든 배달부가 300m 떨어진 엉뚱한 집으로 물건으로 배달했음. / 만약 자신의 시계가 1 분이 느리다면 어떤 일이 벌어질까? 비록 길지 않은 시간이지만 1분 차이로 기차를 놓치게 될 것이다. 만일 1 초가 느리다면? 전자상거래에서 문제가 발생해 통신 요금을 더 지불할 수도 있다. 인터넷으로 거래하는 양측의 시계가 서로 맞지 않을 경우 큰 문제가 생길 수 있다. 가령 은행에 돈을 보낸 시각과 돈을 받은 시각이 서로 다르면 그로 인해 도난이나 부도 처리와 같은 문제가 생길 수 있다. 만약 1000분의 1 초가 틀린다면? 자동차 속도계가 부정확해져 범칙금을 내게 될지도 모른다. 그럼 100만분의 1 초가 틀린다면? GPS가 무용지물이 되고 만다. 인공위성을 통한 위치 추적은 4대 이상의 인공위성에서 전파를 타고 오는 시간 신호를 동시에 측정해서 파악한다. 이때 각 인공위성에 탑재된 시계들은 모두정확하게 일치해야 한다. 만약 시계가 100만분의 1 초만큼 틀리면 위치는 무려 300 m나 차이가 난다. GPS는 24대의 인공위성으로 구성되어 있다. 각각의 위성에는 두 대 이상의 원자시계가 탑재돼 지상에 지속적으로 시각 신호를 발사한다. 이 신호를 이용하여 배나 비행기, 자동차의 위치를 수십 미터 이내에서 파악한다. 10억분의 1 초가 틀릴 경우에는 비행기 이착륙 시 정확한 측정값을 유지하기 힘들다. 이뿐만 아니라 첨단과학 분야의 발전도 기대하기 어렵다. 이렇게 우리의 현대생활은 정밀한 원자시계 없이는 제대로 굴러가기 어렵다. 현대인이 생활하는 데 있어 중요한 기준이 되는 시간의 주축은 원자시계인 셈이다. / 이터븀(Yb, Ytterbium) 이란? : 광격자 시계 개발에 활용되는 원자 중 하나. 광격자 시계에는 이터븀(Yb), 스트론튬(Sr), 수은(Hg)처럼 레이저를 통해 포획 가능한 원자가 사용되며, 이터븀은 에너지 구조가 다른 원자에 비하여 상대적으로 간단해 연구가 용이하다. 광격자 시계에 사용되는 이터븀 원자의 고유 진동수는 약 518 THz(테라헤르쯔, GHz의 1000배)로 현재 표준시계에서 사용되는 세슘 원자보다 56 000배 이상 높다. 일정 시간 동안 많이 움직이는 원자를 사용할수록 초에 대한 미세한 측정이 가능하여 더욱 정확한 시간을 측정할 수 있다. 한국표준과학연구원에서는 2014년 2월에 미국, 일본에 이어 세계에서 세 번째로 이터븀 원자 광격자 시계를 개발하였다.

연구원님 궁금해요