ㆍ작성자 류성철 ㆍ작성일 2007/01/17 (수)

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누구의 발이 1피트의 길이일까? 류성철 피트(ft) 펄롱(1fur.=1/8mile) 펨토미터 페르미는 거리나 크기를 나타내는 많은 단위들 중 몇 가지이다. 거리는 그 기준이 되는 단위의 몇 배나 분수 배로 나타낼 수 있다. 옛날에는 통치자가 그의 발의 크기를 피트라고 정의했을지도 모른다. 물론 그는 완전히 성장한 다음이었을 것이다. 이 피트는 여전히 미국에서는 일반적인 길이의 단위로 쓰인다. 하지만 실제 우리나라를 비롯하여 그 외의 곳에서는 대부분 미터(m)를 사용한다. 다른 단위를 사용하는 사람들은 미터의 사용을 꺼려하지만 과학자들에게는 보편적으로 쓰이는 것이다. 미터는 원래 18세기 프랑스에서 생긴 것으로 적도에서 북극까지의 거리를 천만 개로 나누고 그 중의 하나를 1미터라고 정의한 것이다. 이것은 39.37인치와 같고 1야드보다 조금 크다. 미터계의 큰 장점은 미터계를 이용함으로써 모든 길이 단위를 10의 지수로 나타낼 수 있다는 것이다. 그 예로 세 개의 일반적인 단위인 밀리미터(mm) 센티미터(cm) 킬로미터(km)를 들 수 있다. 이것들은 1/1000m 1/100m 그리고 1000m로 각각 표현될 수 있다. 10의 지수를 사용하여 면적이나 부피를 표현할 때 한 미터계에서 다른 미터계로 변경하는 것이 쉬워진다. 한 변이 1m인 정육면체의 부피는 1m3이다. 1m는 100cm이므로 우리는 정육면체의 부피를 다시 100cm×100cm×100cm로 나타낼 수 있고 이것이 1000000cm3이다. 똑같은 방법으로 정육면체의 한 면의 면적은 1m2이고 이것은 100cm×100cm 즉 10000cm2와 동일하다. 현대에 와서 미터는 더 이상 적도에서 극까지의 거리를 기준으로 삼지 않는다. 이 기준은 애매한 문제를 지니고 있기 때문이다. 일정한 길이의 줄을 이용해서 그 거리를 정확하게 몇 등분으로 나눌 수 있을까? 더 심각한 문제는 북극과 적도의 정확한 위치를 정할 수 없기 때문에 두 지점사이의 거리가 정확히 얼마인지 알 수가 없다는 것이다. 미터의 최근 정의는 파리의 지하에 보관되어 있는 프래티넘(platinum)봉에 나있는 두 개의 미세한 홈 사이의 거리이다. 그 정의는 어떤 통치자의 발 크기에서 유래된 피트의 경우처럼 자연스러운 정의는 아니지만 지구의 크기에 의한 정의보다는 정확하고 세계적으로 널리 알려져 있다. 반면에 피트 단위는 다른 국가에서 약간씩 다른 길이로 사용되고 있다. 아마도 각국의 통치자의 발 크기가 달랐기 때문인가 보다. 미터의 최신 정의는 봉의 홈 사이의 거리에 근거하지 않는다. 왜냐하면 더 정확하게 그것을 측정하는 방법을 발견했기 때문이다. 그것은 바로 원자의 주기이나 진동수를 이용하는 것이다. 시간차를 이용해서 거리의 정의를 내리려는 이 아이디어는 기준속도에 운전한 시간을 이용하여 여행거리를 알아내는 것과 유사하다. 음속과는 달리 여기에는 절대상수로 알려진 진공에서 빛의 속도가 기준으로 쓰이고 있다. 미터는 지금 빛이 1/299792458초 동안 (주1) 움직인 거리로 정의된다. 이 숫자의 의미는 무엇일까? 프래티넘 봉에 나있는 두 홈 사이의 거리를 1m라고 인정 한다고 해도 빛이 1초에 299792458 m를 이동한 것으로 측정되었다. 이 정의에 의해 매우 정확한 값을 얻을 수 있고 이것은 일상생활에서 길이를 잴 때는 중요하지 않을 수도 있지만 과학이나 기술분야에서 있어서는 매우 중요하다. 우리가 어떤 단위계를 사용하든 지간에 거리나 시간간격의 크기가 3m나 3초라고 말한다면 이것은 우리가 기준으로 삼는 값보다 3배 더 길다는 것을 뜻한다. (주1) 우리가 초라고 부르는 시간의 단위는 더 이상 하루의 길이를 기준으로 정의되지 않는다. 대신에 세슘(cesium)원자가 어떤 횟수만큼 진동하였을 때의 시간으로 정의된다.

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