시간과 주파수 개념

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http://www.kriss.re.kr/time/time/definition.jsp

(한국표준과학연구원)

한 십 년만 젊어질 수 있다면.... 
100년 후의 세계를 미리 볼 수 있다면...

이런 상상은 인간이면 누구나 한번쯤 해본 것이리라. 
과거로도, 미래로도 갈 수 없는 것은 우리가 시간이라는 것이 무엇인지, 시간의 본질과 속성이 무엇인지 아직 모르기 때문이다. 많은 과학자들 - 아인슈타인, 뉴튼, 데카르트 등 -이 시간이라는 것에 대한 정의를 내렸으나 과학적으로 완전히 수용되는 것은 아직 없다. 

시간이라는 것이 무엇인지 모르지만 시간은 이 순간에도 계속 지나가고 있다. 그런데 시간이 지나가고 있다는 것을 우리는 어떻게 알 수 있는가? 

오늘날, 대부분의 사람들은 시계를 가지고 있고, 시계가 없더라도 쉽게 주변에서 시간을 알 수 있다. 그러나 원시시대의 사람들은 해가 뜨고 지는 것, 달이 뜨고 지는 것을 보면서 시간이 흐르는 것을 알았다. 즉, 자연계에서 규칙적으로 반복되는 현상을 관찰하여 시간을 안 것이다. 문명이 발달한 오늘날도 시간을 알아내는 기본적인 원리는 원시시대 때나 다름이 없다. 단지 더욱 엄밀하게 반복되는 현상을 이용한다는 것과 반복되는 주기가 훨씬 짧아졌다는 것이 다를 뿐이다. 

시간이라는 말에는 세 가지의 개념이 포함되어 있다. 첫 번째는 달력과 같은 의미로서의 시간 (date)이다. 즉, "지금 시간은 몇 시 몇 분이다" 라고 말할 때의 시간이다. 두 번째는 시간간격 (time interval)의 의미를 가지는 것으로 "대전에서 서울까지 자동차로 2시간이 소요된다" 라고 말할 때의 시간이다. 세 번째는 똑같은 순간에 동시에 발생한다는 의미를 갖는 동기 (synchronization)의 개념이다. 

반복되는 현상의 시간간격을 주기라고 한다. 시계추가 2 초에 한번 왕복운동을 한다면 이 시계의 주기는 2 초이다. 그리고 이것을 주파수로 표현하면 0.5 Hz이다. Hz는 "헤르츠"라고 읽으며, 1 초 동안에 반복된 수로써 나타낸다. 시간과 주파수는 서로 역수의 관계가 있다. 따라서 시간(엄밀하게는 시간간격)을 정확히 측정한다는 것은 주파수를 정확히 측정한다는 것과 같은 의미이다. 

<시계 (clock)>와 <주파수 표준기(frequency standard)>는 동일한 것을 의미하지만, 엄밀하게 구분하면 다음과 같은 차이가 있다. 즉, 시계라는 것은 달력의 개념으로서의 시간을 알 수 있는 것이다. 그렇기 때문에 시계로 동작되기 위해서는 오랫동안- 적어도 몇 달 내지 몇 년 동안 - 중단 없이 동작되어야 한다. 반면에 주파수 표준기 또는 주파수 발생기(oscillator)는 우리가 필요할 때에 주파수를 공급해주는 장치이다. 따라서 연속적으로 동작될 필요는 없다. 일반적으로 이 두 가지 용어는 특별히 구분하지 않고 혼용하여 사용하기도 한다. 

서로 떨어져 있는 두 개의 주파수 발생기의 주파수를 일치시키는 것은 무선 통신(예: TV 방송)에서는 필수적이다. 즉, TV의 주파수가 방송국의 주파수(채널)와 동조될 때 TV에서 그 방송을 볼 수 있다. 한편, 디지털 통신 시대가 되면서 주파수뿐만 아니라 시각을 동기시키는 것도 아주 중요하게 되었다. 송신측과 수신측 사이에서 주파수뿐만 아니라 시간이 잘 일치해야만 대량의 정보를 고속으로 전송할 수 있다. 

시간과 주파수는 현대 문명, 특히 정보 통신 분야에서는 기간산업과 같은 역할을 한다. 오늘날에는 전파가 도달하는데 걸리는 시간을 측정하여 거리를 알아내기 때문에 측량, 측지, 항공기나 선박의 위치 확인 등에서도 아주 중요한 역할을 하고 있다. 시간 주파수 분야에서의 발전은 곧 현대 문명의 발전과 직결된다고 해도 과언이 아니다.