물질이 가진 고유한 양
중등교육 수준 물리학에서의 질량의 정의. 진짜로 정의가 저렇다.
SI 단위는 kg(킬로그램)으로, 스케일 접두사가 붙은 상태가 기본단위인 유일한 경우이다. SI 단위계에서의 정의는 없다. 킬로그램 원기 1기만큼의 질량을 1kg라고 정의한 것이 끝이다! 헌데, 온도와 전류 등 다른 단위계와는 달리 특정 금속덩어리라는 인공물을 기준으로 삼고 있기 때문에 시간이 지남에 따라 녹이 슬거나 흡착현상, 스크래치 등으로 시간이 지남에 따라 무게가 변하는 문제가 있다.
이에 따라 이전부터 보다 보편적인 물리량에 근거하여 더욱 정밀하게 질량의 기준을 세우고자 하는 움직임이 있었다. 2014년 재결의가 행해졌지만 무산되었고, 오는 2018년까지 정밀도를 보충하여 다시 결의를 시도할 예정이라고 한다. 2016년 기준으로 가장 정확하다고 주장하는 킬로그램 원기는 미국 국립 표준 기술 연구소 (NIST) 가 개발한 NISt-4 라는 기계이다. 이는 물질의 질량과 전자기힘을 비교하여 플랑크 상수를 측정한다. 그리고 아인슈타인의 이론인 E=mc^2 를 이용하여 질량을 구한다. 첫 측정에서의 정확도는 10억분의 34 측정불확도 라는 수준이며, 2017년까지 10억분의 20 측정불확도까지 내릴 예정이라고 한다. 앞으로 새로운 표준이 제정되면 킬로그램 원기의 취급도 플랑크 상수 수준으로 훨씬 까다로워질 것으로 예상된다.[1]
다만 학문적으로 대학교 학부생 과정에서는 질량의 정의 자체를 2가지 방식으로 하는데, 그 물체의 중력장에서의 운동을 근거로 질량을 산정하는 중력 질량과, 기준되는 힘을 주었을 때 그 물체의 가속도를 이용하여 중력을 산정하는 관성 질량의 2가지가 그것이다.
방사능의 발견 이전까지는 질량은 불변하는 양으로 여겼으나 상대성 이론 이후 질량과 에너지는 동치이며 서로 변할 수 있다는 것이 밝혀졌고, 그에 의해 양자역학 등 고에너지의 미시세계를 연구하는 분야에서는 아예 질량의 표기 자체를 eV라는 에너지의 단위로 하기도 한다.
무게와는 다르다! 무게와는!
'질량'의 개념이 처음 나올 때 강조되는 것이 바로 무게와의 비교이다. 과학에서 정의하는 '무게'는 그 물체에 작용하는 중력의 크기로, 일종의 '힘의 크기'를 의미한다. 당연히 무게의 경우 중력의 크기가 다른 곳에서는 같은 물체라도 다른 값을 가지게 된다. 반면 질량의 경우 그 물체의 양 그 자체이기 때문에 어느 곳에 있더라도 그 크기가 동일하다[1].
이 두 개념의 차이는 중학교 1학년 과학에 등장하여 이제 막 초딩 티를 벗은 중학생들을 혼란에 빠뜨린다. 일상에서 쓰이는 단어의 개념을 바꾸어야 하기 때문.