우리가 쓰는 1초, 사실 원자가 만들고 있다고?🤔

PC버전으로 보는 것이 조금 더 예뻐용. 
 🍰  1. 💻 컴퓨터에게 ‘1초 차이’가 생각보다 중요한 이유
 🍰  2. ⚛️ 세상에서 가장 정확한 ‘1초’는 어떻게 만들어질까?
 🍰  3. 🌐 전 세계의 시간은 어떻게 내 컴퓨터까지 배달될까?
 🍰  4. 🌍 완벽한 시계를 만들었더니 이번엔 지구가 문제였다.
1. 💻 컴퓨터에게 ‘1초 차이’가 생각보다 중요한 이유



안녕하십니까.

오늘 BURI는 아주 중요한 질문 하나를 가지고 왔습니다.



지금 몇 시예요?

하면 대부분

📱 휴대폰을 보거나
💻 컴퓨터 오른쪽 아래를 보거나
⌚ 스마트워치를 보겠죠.

근데 이상하지 않습니까?

쟤네는 누가 시간을 맞춰준 거임?🤨



BURI 어릴 때 시계를 직접 맞췄거든요.🕰️

벽시계가 3분 빠르면 뒤에 있는 조그만 나사 잡고 드륵 돌리면 맞춰짐.

이거 이거 요즘 친구들 옛날 시계 시간 맞춰봤을까나? BURI는 해봄😎



근데 요즘 컴퓨터나 휴대폰은?

해외 갔다 옴.

시간 바뀜.

한국 돌아옴.

또 바뀜.

컴퓨터 껐다 켬.

시간 맞음.

너 언제 맞춘 건데.🤨



그래서 오늘은 우리가 하루에도 몇 번씩 보는

‘시간’ 뒤에 숨어 있는 거대한 시스템을 한번 따라가 보겠습니다.👣



놀랍게도 이 이야기에는

원자도 나오고⚛️

위성도 나오고📡

인터넷도 나오고🌐

마지막에는...

지구가 시간 약속을 못지킵니다.🌍

지구가 왜 시간 약속을 못지키는지

보러가자고용 고고씽!!😆



우선 컴퓨터 안에도 시간을 세는 전자식 시계가 있어요.

문제는 얘도 완벽하지 않다는 것.


전자기기의 시계는 시간이 지나면서 실제 시간과 아주 조금씩 어긋날 수 있죠.

빠르거나 느려지거나 이런 식으로 시계가 조금씩 어긋나는 현상을 흔히

'Clock Drift' 라고 합니다.


이름만 보면 뭔가 갑자기 코너에서 차 돌려야 될 것 같지만 그 드리프트 아님ㅋㅋ



인간에게 몇 초쯤이야 별거 아니죠.

BURI가 약속 시간에 3분 늦어도

🐥💦

“죄송합니다. 제 내부 클럭에 드리프트가 발생했습니다.”

친구:😠

“집에가라.”

ㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋ



그런데 컴퓨터 세계에서는 정확한 시간이 꽤 중요해요.

왜냐하면 컴퓨터에게 시간은 단순히

“지금 몇 시예요?” 를 알려주는 숫자가 아니라

“무슨 일이 언제 일어났어요?” 를 기록하는 기준이기도 하거든요.




예를 들어 서버 두 대가 있습니다.

🖥️ A
“결제 요청 들어옴. 10:00:00”

🖥️ B
“결제 취소 요청 들어옴. 09:59:59”

그런데 실제로는 결제가 먼저였는데

두 서버의 시계가 서로 어긋나 있었다면?

그래서 뭐가 먼저 일어난거야???🤯




물론 실제 금융 시스템이나 분산 시스템이 단순히 시계 숫자 하나만 보고 모든 사건의 순서를 결정하는 것은 아니죠.


하지만 정확한 타임스탬프와 시간 동기화는

💰 금융
📡 통신
⚡ 전력망
🖥️ 데이터센터

같은 여러 시스템에서 중요하게 사용됩니다.



그러니까 우리가 보는

14:32

라는 조그만 숫자는 사실

“오후 두 시 삼십이분이에용.”

만 말하고 있는 게 아니라,

🌍

“야. 우리 다 같이 같은 시간 기준을 쓰자.”

라는 거대한 약속의 결과인 셈.



그런데 컴퓨터들이 서로 시간을 맞춘다면...원본 시간은 어디에 있는데?😮

세상 어딘가에 THE 시계라도 있는 걸까요?

궁금하니까 얼른 다음 주제로!!



2. ⚛️ 세상에서 가장 정확한 ‘1초’는 어떻게 만들어질까?




옛날 사람들은 시간을 어떻게 쟀을까요?



☀️ 해

💧 물

⌛ 모래

🕰️ 진자



방법은 달라도 기본적인 아이디어는 비슷했어요.

일정하게 반복되는 무언가를 찾아서 세는 것.

해가 움직이는 걸 보고, 물이 일정하게 흐르는 걸 보고,

진자가 왔다 갔다 하는 걸 세고, 그 반복을 이용해서 시간을 나눴죠.

그런데 과학과 기술이 발전하면서 더 더더 더더더 정확한 시간이 필요해졌음.

그래서 인간이 결국 찾아간 곳이...



⚛️

원자.



시계 정확하게 만들겠다고 원자의 세계까지 내려가버림.😂

원자시계.. 이름부터 뭔가 원자 안에 조그만 시계가 들어 있을 것 같지만 그런거 아님.⚛️🕰️

원자시계는 원자가 특정한 에너지 상태 사이에서 전이할 때 나타나는 아주 일정한 주파수를 시간의 기준으로 이용합니다. 그리고 현재 국제단위계 SI에서 1초는 세슘-133 원자의 특정 전이에 해당하는 주파수를 기준으로 정의되어 있습니다.

그 숫자가...



9,192,631,770 Hz

입니다.

🫨



1초 얘기하는데 숫자가 왜 92억까지 가..?

그리고 여기서 하나 더 세슘이 뭘 92억 번 한다는 건데?🤔


세슘 원자가 1초에 팔굽혀펴기를 92억 번 하는 건 아니에요.

앞뒤로 달달달달달달달달 92억 번 떠는 것도 아님.🤣

쉽게 생각하면 라디오 주파수를 맞추는 것과 조금 비슷합니다.



📡

“여기?”

⚛️

“아님.”

📡

“여기?”

⚛️

“아님.”

📡

“그럼 여기?”

⚛️

“어. 거기 반응함.”



세슘-133 원자의 특정한 두 에너지 상태 사이의 전이에 대응하는 주파수가 바로

9,192,631,770 Hz.

쉽게 말해 전자기파가 1초 동안 약 92억 번 진동하는 엄청 빠른 박자인 셈.



👤

“오.”

“이거 엄청 일정하네.”

“그럼 이걸 시간 자로 쓰자.”

📏



그래서 지금의 1초는 정확히 말하면 세슘-133 원자의 특정 전이에 해당하는 주파수의 값을 9,192,631,770 Hz로 정함으로써 정의되어 있습니다.

시간 맞추다가 결국 원자한테 주파수 물어보는 인간의 집념ㅋㅋ


그럼 자연스럽게 이런 생각이 드는데...

그러면 어딘가에 세상에서 제일 정확한 원자시계 하나를 만들어놓고

전 세계가 그걸 보면 되겠네?🤔




파리 어딘가.

🚪

철컥.

보안문 열고 들어가면...

⚛️🕰️

THE CLOCK

🌏

“시계님 지금 몇 시입니까.”

그런 거 아님.🤣




세계 여러 나라의 시간 연구기관들은 각자 정밀한 원자시계를 운영하고 있습니다.

그리고 이런 시계들의 비교 데이터가 프랑스에 있는 BIPM — 국제도량형국으로 모입니다.

BIPM은 여러 기관에서 보내온 원자시계 데이터를 비교하고 조합하고, 정밀한 주파수 표준의 평가까지 반영해 TAI — International Atomic Time 즉, 국제원자시라는 국제적인 시간 척도를 계산합니다.



그러니까 세계의 시간 기준은

👑

“세상에서 제일 정확한 시계 한 놈만 골라!”

가 아니라

🌍🕰️🕰️🕰️🕰️

여러 정밀한 원자시계의 정보를 모아
국제적인 시간 척도를 만드는 방식

에 더 가깝습니다.



심지어 모든 시계를 똑같이 취급하는 것도 아니에요.

각 시계의 안정성 같은 특성을 고려하면서 데이터를 조합하죠.

약간...전 세계 원자시계 단톡방.


⚛️ “저 지금 이 시간인데요.”

⚛️ “저도요.”

⚛️ “저는 0.000000... 조금 다른데요.”

BIPM: “일단 다 보내봐.”


그리고 우리가 국제적인 시간 기준으로 사용하는 UTC — Coordinated Universal Time 역시 이 원자 시간 체계를 바탕으로 합니다. 그러니까 우리가 그냥 보는 시계의 숫자 뒤에는 전 세계의 원자시계와 연구기관들이 함께 만드는 엄청난 시간 인프라가 숨어 있었던 것.😳


그런데 여기서 새로운 문제가 생깁니다.

시간의 기준을 만들었다고 해서 우리 컴퓨터가 그 시간을

자동으로 알고 있는 건 아니잖아요?



🖥️

“그래서 그 정확한 시간을
저한테 어떻게 알려주시는데요?

맞네.

원자시계는 저 멀리 있고.

BIPM도 저 멀리 있고.

내 노트북은 지금 책상 위에 있는데.

😮



이 정확한 시간이 어떻게 내 컴퓨터 오른쪽 아래까지 오는 걸까요?

바로 여기서부터 시간 이야기가 인터넷 이야기로 바뀝니다.🌐



그럼 한국 시간은 UTC랑 다른 거 아님?🤔



맞아요.

한국 표준시는 UTC+9입니다.


UTC가 00:00 이면

한국은 09:00.


그런데 중요한 건 한국과 다른 나라가 서로 다른 ‘1초’를 사용하는 건 아니라는 것. 국제적인 시간 기준을 공유하면서 각 지역에 맞는 시간대를 적용하는 거에요.


쉽게 말하면.

🌍
“초는 같이 셉시다.”

🇰🇷
“ㅇㅋ. 근데 우리는 +9시간.”


그래서 서울, 런던, 도쿄, 뉴욕.

시계에 적힌 숫자는 달라도 서로의 시간을 비교할 수 있는 공통 기준이 있죠.


세계는 서로 다른 시각을 살지만 같은 시간의 기준을 공유하고 있는 셈.


그리고 일본과 북한 등도 우리와 같은 시간을 사용하고 가장 앞선 표준 시간대인

UTC+14 시간을 사용하는 나라도 있답니다.


그러니까 우리가 미래를 사는 건 아니고요…

월요일만 9시간 빨리 옴ㅋㅋㅋ😑



3. 🌐 전 세계의 시간은 어떻게 내 컴퓨터까지 배달될까?




이제 정확한 1초도 만들었고 국제적인 시간 기준도 만들었는데 문제가 있음.




BIPM:

🌍
“UTC 만들었습니다.”

BURI 컴퓨터:

💻
“그래서 저한테 어떻게 오는데요?”




노트북마다 원자시계를 하나씩 넣어줄 수도 없잖아요.

그래서 등장하는 것이 시간 동기화(Time Synchronization).

그리고 컴퓨터 네트워크에서 대표적으로 사용되어 온 기술이



NTP(Network Time Protocol)

네트워크를 이용해 컴퓨터들의 시간을 맞추기 위한 프로토콜.


💻
“저기요 지금 몇 시예요?”

🖥️ 시간 서버
“14시 32분 18초.”

💻
“오... 나 조금 느렸네.”

슥.

조정.

끝.



그러면 정말 좋겠지만 실제로는 조금 더 복잡합니다.

인터넷에서는 질문을 보내는 데도 시간이 걸리고 답변이 돌아오는 데도 시간이 걸리잖아요.


💻 → 🌐 → 🖥️

그리고

🖥️ → 🌐 → 💻


그래서 NTP는 네트워크를 오가는 데 걸린 시간 등을 고려해 시계를 조정해요.

그리고 전 세계 컴퓨터가 서버 하나에 몰려가서 시간을 묻는 것도 아니죠.


NTP는 시간 정보가 여러 계층을 거쳐 전달될 수 있는 구조를 사용합니다.

정확한 기준과 가까운 시스템이 있고 그 시스템에서 시간을 전달받는 서버가 있고

다시 그 서버에서 시간을 받는 기기가 있는 식으로 느낌만 그려보면





“지금 6시.”

🖥️
“얘들아 지금 6시래.”

🖥️🖥️🖥️
“ㅇㅋ 전달.”

💻📱💻📱
“확인.”

🐥

“6시 끝날 시간이네.”

칼퇴.

🏃🏻‍♀️💨




그리고 시간을 전달받는 길은 하나만 있는 것이 아니라 스마트폰은 이동통신망 등을 통해 시간 정보를 보정할 수도 있고, GPS 같은 위성항법 시스템도 위치뿐 아니라 매우 정밀한 시간 신호를 제공합니다.


즉 현대 사회에는

🌐 인터넷.

📡 통신망.

🛰️ 위성.


여러 경로를 통해 시간 정보가 움직이고 있습니다.

우리는 눈치도 못 채고 있었는데 주변에는 사실 보이지 않는 ‘시간 배달망’이 깔려 있었던 것.



띵동.

“택배입니다.”

🐥
“뭐 시킨 거 없는데요?”

“오후 3시 42분 시키셨는데요.”

⏰📦💨




0.000001초쯤 틀리면 어때요?



여기까지 읽은 구독자님들 중 이런 생각 하는 분 있을 듯.



🗣️

“아니 근데...”

“시간이 그렇게까지 정확해야 해?”

1초도 아니고.

0.001초.

0.000001초.



이쯤 되면 인간은 눈 깜빡이기도 전에 끝남.👀

그런데 어떤 기술에게는 이 짧은 시간이 엄청나게 중요해요.

대표적인 게



🛰️📍

GPS.



GPS 위성에는 원자시계가 탑재되어 있습니다.

GPS는 여러 위성이 보내는 신호의 도착 시간을 이용해 위성과 수신기 사이의 거리를 계산하고, 그 정보로 위치를 구합니다.


그런데 여기서 문제가 위성 신호는 빛의 속도로 날아오고 빛은 1초에 약 30만 km를 갑니다.

그러니까 고작 0.000001초 1마이크로초만 해도 빛은 그동안 약 300m를 이동하는 거죠.


👤: “100만 분의 1초 정도 늦은 건데요?”

🌟: “저 300m 왔는데요.”

ㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋ


물론 실제 GPS 위치 계산은 여러 위성의 신호와 수신기 시계 오차 등을 함께 풀어내는 훨씬 복잡한 과정이지만 이것 만으로도 알 수 있죠.



정확한 시간은 단순히

🕐

“지금 몇 시예요?”

를 위한 기술이 아닙니다.

어떤 곳에서는

📍

“지금 어디예요?”

를 알아내는 기술이기도 하죠.

시간 재다가 위치까지 알아냄.

인간은 진짜 하나 파고들기 시작하면 끝이 없음ㅋㅋㅋ



자. 이제 시간도 엄청 정확하게 만들었고.

전 세계 컴퓨터도 그 시간을 맞춰 쓰고 있고.

GPS는 그 정확한 시간으로 위치까지 계산합니다.

완벽하죠?

...

그런데 딱 하나.☝🏻

원자시계처럼 칼같이 움직여주지 않는 게 있습니다.



🌍

얘요.



4. 🌍 완벽한 시계를 만들었더니 이번엔 지구가 문제였다.




이렇게 모든걸 해낸 인간은 상당히 뿌듯합니다.😎



⚛️ 원자로 정확한 1초 만들었음.

🌍 전 세계 시간 기준 만들었음.

🌐 컴퓨터끼리 시간도 맞춤.

완벽.

...

인 줄 알았는데.

🌍

지구가 문제임.



우리가 ‘하루’를 생각하게 된 건 지구의 자전과 관련이 있죠.

지구가 한 바퀴 돌고.

해가 뜨고.

해가 지고.

다시 아침이 오고.

인간은 아주 오래전부터 이런 자연의 반복을 보면서 시간을 나눠왔습니다.⏰


그런데 문제가 하나 있음.

지구는 원자시계가 아닙니다.

지구의 자전 속도에는 대기와 해양의 움직임, 지구 내부의 변화, 달과의 상호작용 같은 여러 요인으로 작은 변화가 생깁니다. 반면 원자에 기반한 시간은 훨씬 안정적으로 흘러가죠.


그러다 보면

⚛️ 원자 기반 시간과

🌍 지구 자전을 기준으로 한 시간

사이에 조금씩 차이가 생길 수 있는 것.



⚛️
“전 일정하게 가고 있는데요.”

🌍
“저는 그냥 돌고 있는데요.”

🤦🏻‍♂️

“둘이 좀 맞춰봐.”



그래서 등장한 것이 '윤초(Leap Second).'

UTC는 국제원자시 TAI와 같은 속도로 흘러가지만, 지구 자전에 기반한 시간인 UT1과 너무 멀어지지 않도록 윤초를 이용해 조정해왔습니다.



쉽게 말하면

⚛️
“원자 기준 시간 여기 있습니다.”

🌍
“지구 기준 시간은 여기인데요.”

👤
“어... 조금씩 벌어지네?”

⏱️

“그럼 가끔 1초 넣어서 맞추자.”

인간다운 해결법 등장ㅋㅋㅋ


그래서 양의 윤초가 들어가는 순간에는

23:59:58

23:59:59

23:59:60

00:00:00

이라는 희한한 시간이 등장할 수 있죠.

잠깐.

59 다음은 00 아니었어???😳

이때는 말 그대로 1분이 61초가 되는 셈.⏱️



아주 규칙적인 원자 시간과 조금 제멋대로인 지구를 어떻게든 같이 데리고 가려고 인간이 만든 장치란 말씀. 그런데 인간에게는 “에이 겨우 1초.” 여도 컴퓨터에게 갑자기 23:59:60 이라는 시간이 나타나면 꽤 까다로운 문제가 될 수 있습니다.



🤖

“어... 저 숫자는 처음보는데요?”



컴퓨터 시스템에서는 시간이 단순히 벽에 걸린 시계 숫자가 아니죠.🙅🏻‍♂️

앞에서 봤듯이 수많은 사건에 “언제 일어났는가” 라는 순서를 붙이는 기준이기도 합니다.

그래서 평소와 다른 방식으로 시간이 움직이는 순간은 시스템을 설계하고 운영하는 입장에서는 꽤 까다롭게 다뤄야 합니다.


그러니까 윤초는 자연의 시간과 디지털 시스템의 시간 사이에 인간이 끼워 넣은
조그마한 1초짜리 협상 같은 셈.


문제는 이런 윤초 조정을 앞으로도 계속 같은 방식으로 할 것이냐는 것.

그리고 국제사회는 현재의 윤초 운영 방식을 장기적으로 바꾸는 방향으로 움직이고 있습니다. 2022년 국제도량형총회(CGPM)는 2035년까지 또는 그 이전에 UTC와 지구 자전에 기반한 UT1 사이의 최대 허용 차이를 확대하기로 결정했습니다.


쉽게 말하면 지금까지는 둘 사이의 차이가 일정 수준에 가까워지면

🌍
“조금 벌어졌는데?”

⏱️
“1초 조정!”

하는 방식이었다면, 앞으로는 그 허용 범위를 더 크게 만들어 이런 조정이 훨씬 드물게 일어나도록 하자는 방향입니다.


다만 여기서 주의.🚨

“2035년부터 윤초 완전 삭제!”라고 단순하게 이해하면 정확하지 않습니다.

새로운 최대 허용값과 구체적인 실행 방식 등은 국제적인 후속 작업을 통해 정해지는 사안이기 때문.


그러니까 정확하게는

❌ “2035년 윤초 멸종” 보다는

“2035년까지 또는 그 이전에 지금과 같은 윤초 운용 방식에서 벗어나기 위한 변화가 예정되어 있다.” 정도가 맞습니다.



👤

“컴퓨터 시대에 맞게
시간 체계 좀 바꿔볼게.”

🌍

“난 그냥 돌았을뿐인데.”



그런데 이 이야기를 처음부터 다시 생각해보면 조금 묘해요.

아주 옛날 인간은 시간을 알고 싶어서

☀️ 해를 보고,

🌍 지구의 움직임을 보고,

🌙 하늘을 봤습니다.

자연의 반복을 보고 시간을 만들었던 것.


그런데 더 정확한 시간이 필요해지면서 인간은 점점 더 작은 세계로 내려갔습니다.

🕰️

진자에서

⚙️ 더 정밀한 시계로

⚛️ 원자까지.


결국 세슘 원자의 물리적 특성에 1초의 정의를 연결해버렸죠.

그리고 그렇게 엄청나게 정확한 시간을 만든 다음 인간은 다시 지구를 봅니다.



🌍

“어?”

“근데 얘랑 시간이 조금씩 안 맞네?”

😮

처음에는

🌍 → ⏱️

지구를 보며 시간을 쟀는데

지금은

⚛️ → ⏱️ → 🌍

원자로 시간을 만들고
그 시간을 다시 지구와 어떻게 맞출지 고민하고 있음.



시간의 역사가 한 바퀴 돌아버렸습니다.ㅋㅋㅋ

그리고 어쩌면 여기서 시간이라는 것의 정체가 조금 보이는 것 같기도 해요.

우리가 매일 보는 14:32라는 숫자는 어딘가 우주에 원래부터 14:32라고 적혀 있던 숫자가 아닙니다.


자연의 반복을 관찰하고,

더 정확한 기준을 만들고,

전 세계가 그 기준을 공유하고,

컴퓨터들이 서로 맞춰가면서 사용하는

인간이 자연과 함께 만들어온 약속에 가깝습니다.


그러니까 오늘 아침 BURI가 컴퓨터를 켜고 본 09:17 그냥 숫자 네 개처럼 보이지만,

그 뒤를 따라가 보면

⚛️ 원자가 있고.

🕰️ 전 세계의 정밀한 시계가 있고.

🌍 국제적인 시간 기준이 있고.

🛰️ 위성이 있고.

🌐 네트워크와 시간 서버가 있고.

💻 그 기준을 참고해 자신의 시계를 맞추는 컴퓨터가 있습니다.



우리는 그냥

“지금 몇 시지?”

하고 봤을 뿐인데

현대 사회 전체는 끊임없이

“우리의 지금을 서로 맞추자.”

하고 있었던 거죠.

그래서 어쩌면 시계가 하는 중요한 일은

시간을 알려주는 것뿐 아니라
서로 다른 곳의 ‘지금’을 맞춰주는 것

인지도 모르겠습니다.😉



갑자기 감성 MAX🥹

그런데 말입니다..(김상중님 톤으로)

인류는 1초를 정확하게 정의하려고 원자까지 갔죠?

전 세계의 원자시계를 비교하고

🛰️위성을 띄우고

🌐네트워크를 만들고

🖥️컴퓨터의 시간까지 동기화 했어요.

그렇게 인류가 1초의 오차를 줄이기 위해 수십 년 동안 과학과 기술을 갈아 넣었는데



다음날 아침 7시.

⏰삐비비비빅—

🐥

5분만...😴”

+300초.

ㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋ

인류는 1초의 오차를 줄이려고 원자까지 갔는데

BURI는 임의로 300초를 조정함.😎




BURI와 함께한 시간은 윤초 말고
애정초 추가해드림. +1초💛


다음 주에 만나용. 😘


 
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