과학 포털 iKAOS

[KRISS 표준백과사전] 제9화 뉴턴의 사과나무가 한국에 있다?!

뉴턴의 사과나무는 과학사에서 가장 상징적인 존재 중 하나로 꼽힙니다. 만유인력의 법칙에 영감을 주었다고 알려진 이 나무의 후손이 우리나라의 한국표준과학연구원(KRISS) 정원에서 자라고 있다는 사실은 무척 흥미롭습니다. 1978년 한미 과학기술 협력의 상징으로 미국 국립표준기술연구소(NIST)로부터 기증받은 이 나무는, 단순히 이름만 같은 것이 아니라 영국 뉴턴의 생가에서 자라던 원조 사과나무의 가지를 접목하여 그 유전적 혈통을 그대로 이어받은 귀한 손님입니다. 접목이라는 방식을 통해 번식된 이 사과나무는 뿌리에서 양분을 얻고 줄기에서 유전자를 물려받아 열매를 맺습니다. 따라서 현재 한국표준과학연구원(KRISS)에서 열리는 사과는 수백 년 전 뉴턴이 관찰했던 그 사과와 똑같은 유전자를 지니고 있습니다. 비록 현대의 개량 품종처럼 달콤하거나 아삭한 맛을 자랑하지는 않으며 열매가 쉽게 떨어지는 특징이 있지만, 과학 혁명의 순간을 목격했던 생명체의 신비를 고스란히 간직하고 있다는 점에서 무엇보다 특별한 가치를 지닙니다. 뉴턴이 떨어지는 사과를 보고 떠올린 의문은 현대 물리학의 근간인 만유인력의 법칙으로 발전했습니다. 질량을 가진 모든 물체는 서로를 잡아당긴다는 이 원리는 두 물체 사이의 거리가 멀어질수록 힘이 약해지고, 질량이 클수록 강해진다는 정량적인 공식을 통해 입증되었습니다. 사과라는 평범한 자연 현상에서 우주의 보이지 않는 질서를 읽어낸 뉴턴의 통찰력은 인류가 세상을 바라보는 관점을 완전히 바꾸어 놓았으며, 과학적 측정의 중요성을 일깨워준 계기가 되었습니다. 그의 업적을 기려 명명된 힘의 단위 '뉴턴(N)'은 국제단위계(SI)에서 매우 중요한 위치를 차지합니다. 1 뉴턴(N)은 사과 반쪽 정도를 들어 올릴 때 느껴지는 미세한 힘을 의미하며, 이는 질량과 가속도를 곱하여 정의되는 유도 단위입니다. 이처럼 기본 단위들을 조합해 만들어지는 유도 단위들은 자동차의 속도나 집의 넓이처럼 우리가 생활 속에서 접하는 다양한 물리량들을 정확하게 표현할 수 있게 해줍니다. 표준화된 단위 덕분에 우리는 전 세계 어디서든 동일한 기준으로 소통할 수 있습니다. 정확한 힘 표준을 확립하는 일은 산업 전반의 안전을 지키는 핵심적인 요소입니다. 무거운 자재를 들어 올리는 크레인의 한계 하중이나 대형 건축물의 내구성 측정에서 오차가 발생하면 자칫 대형 사고로 이어질 수 있기 때문입니다. 한국표준과학연구원(KRISS)은 1979년 설립 이후 미세한 힘부터 엄청난 무게의 하중까지 정밀하게 측정할 수 있는 힘 표준 기술을 개발해 왔습니다. 이러한 보이지 않는 노력 덕분에 우리 사회는 불량품을 줄이고 부실 공사를 방지하며 더욱 안전하고 신뢰할 수 있는 기반을 다지고 있습니다.

[과학자 아빠와 함께 V-LOG] 단위를 알면 세상이 보인다(2편)

우리가 일상에서 사용하는 단위는 세상을 연결하는 공통의 언어와 같습니다. 그중에서도 온도는 우리 생활과 밀접한 관련이 있지만, 섭씨나 화씨처럼 특정 물질의 상태 변화에 의존하는 방식으로는 정밀한 과학적 측정을 수행하기에 한계가 있습니다. 이를 극복하기 위해 과학계에서는 절대 변하지 않는 ‘켈빈’이라는 단위를 사용합니다. 특히 최근에는 자연 상수를 이용해 이 단위를 새롭게 정의함으로써 시간과 장소가 변하더라도 결코 흔들리지 않는 객관적인 온도의 기준을 마련했습니다. 이는 정밀 과학의 기초를 다지는 중요한 진전입니다. 빛의 밝기를 나타내는 ‘칸델라’ 역시 우리 삶의 질과 안전을 결정하는 핵심적인 기준입니다. 과거에는 향유고래 기름으로 만든 양초의 밝기를 기준으로 삼기도 했으나, 현대의 칸델라는 인간의 눈이 빛을 느끼는 정도를 정밀하게 반영하는 유일한 단위로 진화했습니다. 우리가 매일 접하는 스마트폰이나 모니터 화면의 밝기가 사용하기 적당하게 조절되는 배경에는 이 칸델라라는 기준이 존재합니다. 적절한 광도의 표준은 시력 보호와 에너지 효율성 등 현대인의 생활 편의를 지탱하는 보이지 않는 기술적 토대가 되고 있습니다. 눈으로 볼 수 없는 미세한 물질의 양을 측정할 때는 ‘몰’이라는 단위를 활용합니다. 질량을 재는 킬로그램만으로는 설명하기 어려운 원자나 분자의 개수를 정확히 파악하기 위해 고안된 개념입니다. 예를 들어 소금물이 어는 온도의 변화를 정확히 계산하려면 물속에 포함된 미세한 입자의 수를 알아야 하는데, 이때 몰이 결정적인 역할을 합니다. 몰 또한 자연 상수를 기반으로 재정의되면서 영원불변의 가치를 얻게 되었습니다. 이러한 미세 측정 기술은 화학, 제약, 신소재 개발 등 첨단 산업의 정밀도를 한 단계 높이는 필수적인 도구가 됩니다. 이러한 단위 체계의 기틀은 1875년 5월 20일, 세계 17개국이 프랑스 파리에 모여 체결한 ‘미터 협약’에서 시작되었습니다. 이를 기념하는 ‘세계 측정의 날’은 단위 연구의 중요성을 되새기는 특별한 날입니다. 특히 최근 기본 단위들이 자연 상수로 재정의된 사건은 인류 과학사에서 매우 기념비적인 일로 평가받습니다. 자연 상수를 기준으로 삼는다는 것은 수만 년 후의 후손들이나 머나먼 우주의 존재들과도 동일한 측정값을 공유할 수 있음을 의미합니다. 결국 측정 표준은 시공간을 초월하여 지식을 전달하는 인류의 공통된 약속입니다. 우리가 안전하고 편리한 삶을 누리는 배경에는 보이지 않는 곳에서 측정 표준을 수립하고 관리하는 노력이 숨어 있습니다. 우리나라의 국가 측정 표준 대표 기관인 한국표준과학연구원은 헌법적 근거 아래 과학 기술과 산업 성장의 든든한 버팀목 역할을 수행해 왔습니다. 새로운 과학 분야나 미래 산업이 등장할수록 정확한 측정의 가치는 더욱 높아질 것이며, 표준의 중요성 또한 계속해서 커질 것입니다. 단위를 올바르게 이해하고 사용하는 것은 세상을 정밀하게 바라보는 기준을 세우는 일이며, 이는 곧 국가 경쟁력과 인류의 진보로 이어집니다.

유도단위

[KRISS 표준백과사전] 제9화 뉴턴의 사과나무가 한국에 있다?!

한국표준과학연구원KRISS 표준백과사전

[과학자 아빠와 함께 V-LOG] 단위를 알면 세상이 보인다(2편)

한국표준과학연구원KRISSCHOOL