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地球の自転と秒の歴史
  • 紀元前4000年頃:エジプト人が太陽の傾きから1日を12等分で分割。
    1543年:ポーランドのコペルニクスが地動説。
    1656年:オランダの天文学者ホイヘンスが振り子時計を開発、秒単位の計測が可能になった。
    1799年:フランスのメートル法で、1秒を地球の自転に基づき1日の1/86400と定義。
    1851年:フランスの物理学者フーコーが巨大な振り子を用いて地球の自転を実験で証明。
    1884年:国際会議で、地球の自転に基づき[秒]を設定。
    1956年:地球の公転周期に基づき[秒]を設定。
    1967年:セシウム原子(セシウム133)の振動に基づき[秒]を設定。(原子時)
    • セシウム133は、約9ギガHzの周波数の電波との相互作用でエネルギーを吸収あるいは放出する。
    1972年:うるう秒をスタート。
    • 「天体観測などにより自転の速度が年ごとに微妙に遅れることが分かった。そのため72年から原子時を基準にして、自転の遅れを原子時計に対して0.9秒以内に調整する[うるう秒]が導入された。」 


誤差100億年に1秒
  • 「東京大学などの研究グループが100億年に1秒しか誤差が生じない時計の原理を考案し、実験で基本動作を確認した。
    もっとも精度が高い「原子時計」に比べて時間の正確性を1000倍に高められるという。成果は2005年5/19のネイチャーに掲載。
    超高精度の時計を考案したのは、工学研究科の香取秀俊助教授らのグループ。レーザー光で微細な格子を作って原子を入れ、その進藤の周波数から時間を計測する。産業技術総合研究所と共同で、基本動作を確認。
    2008年10/27、「光格子時計」を開発し、ネイチャー・フィジックスに発表。
    現在の1秒はセシウム原子が出すマイクロ波の周期の91億9263万1770倍と定められている。原子時計は、この周期を観測して時間を計っている。
    光格子時計は、ストロンチウム原子が出す光の周期から時間を計る。
    時計の精度が100億年に1秒以上になると、アインシュタインの相対性原理を実証できる。相対性理論によれば、歩いている人の時間は、止まっている人よりもゆっくり流れる。



誤差60万年に1秒
  • 2009年、産業技術総合研究所の洪鋒雷室長と安田正美研究員らは、誤差が60万年に1秒という極めて正確な新型原子時計を開発した。原子をつくる電子の振動を“振り子”として使う。
    現在、世界の時刻の基準になっているセシウム原子時計の誤差は3000万年に1秒。試作した時計はまだ劣るが、原理的にセシウム時計を上回る可能性があり、産総研は新しい標準に採用されるよう改良を目指す。
    レアアース(希土類)の一種であるイッテルビウム原子を使う。レーザー光で波が進まない「定在波」をつくり、波の溝に原子を1個づつ置く。原子を構成する電子の振動がタイムキーパーになる。
    この原理の時計は「光格子時計」と呼ばれ、東京大学がストロンチウム原子を使って実現。産総研はイッテルビウムで2番目の試作に成功した。
    時間の標準を決める国際度量衡委員会は2019年に「秒」の再定義を行うと見られている。


6500万年に1秒・・・光格子時計
  • 2011年、情報通信研究機構と東京大学は、原子が発する光を時計の振り子として利用した「光格子時計」が、世界で最も精度が高い時計になることを証明した。
    光格子時計は東大の香取秀俊教授が考案。
  • 原子が出す光の周囲から時間を計測する。
    現在の基準時計=約3000万年に1秒の誤差がでる原子時計。
    2019年に時間の基準を決める国際度量衡委員会は「秒」を再定義する見込み。
  • 光格子とはレーザー光の干渉を利用して空中につくる格子状の電場の分布。タマゴを詰める容器のように原子を閉じこめる障壁ができ、タマゴの代わりに原子を1個ずつ捕らえる。多数並べた原子にレーザー光を照射、エネルギーが高い励起状態になるようレーザーの周波数を調整し、時計の振り子代わりにする。


138億年で誤差1秒未満
  • 2015年、東京大学の香取秀俊教授らは、宇宙ができてから現在に至るまでの138億年が過ぎても1秒の誤差も出ない超精密の原子時計を開発した。


うるう秒・・・調節
  • 2009年1月1日は、通常の1日より1秒長くなる。
    日本時間午前9時(世界標準時同零時)の直前、うるう秒が挿入される。
    うるう秒の調整は不定期。地球の自転速度がふらついているために必要になる。
    1958年、時を極めて正確に刻む原子時計にもとづく「原子時」が国際的に採用された。しかし、原子時だけでは天文時とのズレが生じる。そのため、やがてー午前0時に日が昇るーという事態を招くことになる。
    そこで、採用されたのが「うるう秒」。1999年と2006年にも調整された。
    長い目で見ると地球の自転は遅くなってきているが、さらに海水の流れ・大気の流れ・地球内部のコア・マントルの影響など、種々の要因で地球の自転がふらついているのが原因とみられている。








1g =グラム=1000mg=1000000μg=1000000000ng
mg=ミリグラム=1/1000g
μg=マイクログラム=1/1000mg
  • 「25mプールに耳かき1杯分を溶かした量に匹敵するのが、1_g当たり約0.2ナノc」
ng=ナノグラム=1/1000μg
pg=ピコグラム=1/1000ng

1ppm=1g/100万
1ng=1g/10億=1000ppm
1pg=1g/1兆=1000ng=100万ppm



1秒の1/1000=ミリ秒。
1ミリ秒の1/1000=マイクロ秒。
1マイクロ秒の1/1000=ナノ秒。
1ナノ秒の1/1000=ピコ秒。
1ピコ秒の1/1000=フェムト秒。」 (1フェムト=1/1000兆)



1790年代、長さの基準を世界で統一しようとして、単位に「メートル(m)」が使われるようになった。1メートルの基準になったのは地球の子午線(経線)の長さだった。
北極〜赤道までの子午線の1/1000万を1メートルとした。
○1889年、最初の定義「国際メートル原器の長さ」
  • 白金とイリジウムの合金製の器具が長さの基準に使われた
○1960年に変更・・・物ではなく、自然現象そのものを長さの基準にした。
  • クリプトン86という原始が一定の条件下で放出・吸収する特定の光の波長を長さの基準にした。
○1983年の定義・・・第17回国際度量衡総会で、長さの基準を「光速」にした。
  • 光が真空中で1/299792458秒の間に進む距離とした。
  • 1メートルは、光が針灸中を299,792,458分の1秒の間に進む距離
  • 真空中の光速(c)=299,792,458m/s




単位名 記号 相対値
percent(百分率) 10-2 (=g/kg)
thausand percent(千分率) 10-5 (=mg/100g)
per per million ppm 10-6
per per billion ppb 10-9
per per trillion ppt 10-12
ppm=parts per milionの略。
百万分率=1/100万量単位




フェムト秒
  • 光も止まるフェムト秒(fs)
    • 可視光は、周波数が400〜800テラヘルツ(テラ=1012)ぐらい。光を作る波1つ分の時間が数フェムト秒ですから、可視光の振動の限界の領域を扱っている研究です」
      「物理現象は、時間軸と空間軸に分けることができますが、フェムト秒の光パルスを使うと、超高速で起きている物理現象の時間軸の変化を測ることができる」(神谷武志教授・東京大学工学系研究科)QuarkNO176 p66
    • フェムト秒レーザーはレーシックにも使われている。





ナノ=10億分の1。
  • ナノメートルの世界の正確な長さを測る“物差し”を産業技術総合研究所が開発した。
    ダイヤモンドの結晶を応用して、0.2ナノbの目盛りに使える微少構造を作製した。平坦なダイヤモンドの結晶上に、熱さが原子1層分の微少な台を作製した。この厚さが0.2ナノbになっている。
    台の形はきれいな正三角形になるので、この辺の長さもスケールになると期待している。
    こうした物差しは、原子間力顕微鏡の精度低下を随時修正する基準に利要せきる。

0.5ナノ
  • 2010年、関西学院大学の金子昭教授らは、0.5ナノbを正確に測る物差しを炭化ケイ素で作った。
    NITE(製品評価技術基盤機構)により標準物質として認定されている。
    炭化ケイ素の単結晶のウェハーをタンタツカーバイド製の容器内に入れる。
    真空状態で2000℃まで加熱すると、結晶表面が0.5 ナノbの段差がついた構造になる。これを物差しとして使う。
    炭化ケイ素は化学反応に強く、1000℃近くまで加熱しても構造が安定で、0.5ナノマートルの長さは変わらないという。





関連情報 キログラム

時間

漢方医学の度量衡









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