도량형의 역사와 미터법, 국제 단위계(SI) 완전 정복

문명의 시작과 함께 물물교환과 건축, 세금 징수를 위해 도량형(Weights and Measures)이 필요했습니다. 초기 단위는 모두 인간의 신체 부위에서 따왔습니다. 고대 이집트의 '큐빗(Cubit)'은 팔꿈치에서 가운뎃손가락 끝까지의 길이(약 52cm)였고, 로마의 '페스(Pes)'와 영국의 '피트(Foot)'는 사람 발의 길이에서 유래했습니다. 동양의 '자(척, 尺)'는 손을 폈을 때 엄지에서 가운뎃손가락까지의 길이에 기원을 둡니다. 그러나 사람마다 신체 크기가 다르고 왕이 바뀔 때마다 기준이 달라지면서 심각한 상거래 혼란이 야기되었습니다.

1789년 프랑스 대혁명 당시 프랑스 내에만 800개가 넘는 서로 다른 측정 단위가 난립했습니다. 과학자들은 '모든 시대를 위한, 모든 인류를 위한(A tous les temps, a tous les peuples)' 영구적인 단위를 만들기로 결의했습니다. 1799년 과학자들은 파리를 통과하는 자오선(북극에서 적도까지의 거리)의 1,000만 분의 1을 정확히 1미터(m)로 정의하고, 가로·세로·높이 각 10cm인 정육면체의 순수한 물 무게를 1킬로그램(kg)으로 정했습니다. 10진법 체계에 기반한 합리적인 미터법의 탄생이었습니다.

1960년 제11차 국제도량형총회(CGPM)는 전 세계 공통의 과학 표준인 국제단위계(Le Système International d'Unités: SI)를 공식 제정했습니다. SI 단위계는 현대 물리학의 7가지 독립된 기본 단위를 축으로 삼습니다: 1. 길이: 미터 (m) 2. 질량: 킬로그램 (kg) 3. 시간: 초 (s) 4. 전류: 암페어 (A) 5. 열역학적 온도: 켈빈 (K) 6. 물질량: 몰 (mol) 7. 광도: 칸델라 (cd)

미국 등 일부 국가에서 여전히 사용되는 야드파운드법(Imperial Units)과의 단위 혼용은 역사상 끔찍한 참사를 낳았습니다. 1999년 NASA의 1억 2,500만 달러짜리 '화성 기후 궤도선(Mars Climate Orbiter)'이 화성 대기에 진입하다가 파괴되었습니다. 추진 소프트웨어를 제작한 록히드 마틴은 파운드-힘(lbf)을 사용했고, 우주선을 조종한 NASA 제트추진연구소(JPL)는 뉴턴(N) 단위인 줄 알고 계산했던 어처구니없는 단위 불일치가 원인이었습니다. 또한 1983년 캐나다 김리 글라이더 여객기 불시착 사고 역시 연료 보충 시 파운드(lb)와 킬로그램(kg)의 환산 오류로 인해 발생했습니다.

2019년 5월 20일, 세계 측정학계는 역사적인 대전환을 맞이했습니다. 금속 인공물(백금-이리듐 원기)의 미세한 질량 변화 위험을 완전히 없애기 위해, 킬로그램(kg)을 플랑크 상수(h = 6.62607015 × 10⁻³⁴ J·s)에 결합하여 재정의했습니다. 이제 시간(세슘 원자 진동수), 길이(빛의 진공 속도), 질량(플랑크 상수), 온도(볼츠만 상수) 등 모든 SI 기본 단위는 변하지 않는 우주 불변의 물리 상수에 의해 절대적으로 지탱되고 있습니다.