日々考えよう


by kunihisaph
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時計の正確さ

私は,長年,「時計の精度はどのようにして測るのか」ということが不思議でした.よく,新聞などで,「世界でもっとも正確な時計を京大が開発.その精度はなんと,一年で1億分の1秒」などといったような記事が掲載されていますが,もしその時計がもっとも正確であるならば,いったいどのようにして,なにを基準にして,その時計が一年に100億分の1秒狂うということがわかったのでしょうか

まず,いまもっとも正確だといわれる原子時計という時計の仕組みは,原子から発信される一定の振動数の電磁波をとらえることによって動きます.波には山と谷があるわけですが,ある地点を1秒間に山(または谷)が通過する回数が振動数です.

つまり,ある原子が発信する電磁波の振動数は理論的にわかっているから,たとえば,それが1億Hz(つまり,一秒間に1億回山が通過する)ならば,電磁波の山を1億回数えたところで1秒間経った,ということになるわけですね.

しかし,理屈ではそうでも,まず,理論が正確かどうかは理論ではわからないし,(たとえば,地球の自転が正確には一日一回転でないことは,理論でなく,観察によってわかった.そしてその後理論によってなぜそのような誤差が生じたのかが議論されたわけです)それならば,その誤差は何らかのより正確な基準となるものと比較しなければならないはずです.

ところがいま問題にしている時計はもっとも正確な時計なのだから,基準となるべきこれより正確な時計というものが存在しませんよね.いったいどうするのでしょう.

トニー・ジョーンズ『原子時間を計る』という本を見つけて,まさしくその疑問に答えてくれるのでは,と思ったのですが,残念ながら,この本にはそのあたりことは明確には書いませんでした.

しかし,そこでのいろいろな記述をあわせて考えると,どうやら,やはり結局,理論的なものということのようです.

つまり,原子が出している電磁波の振動数は,完全に安定で,それを正確に測ることができれば,完全に正確な時計ができるという考え方が根底にあるようです.

すると,「誤差何億分の1秒」と言っているときの「誤差」の原因は,ひとつは,技術的に振動数を数えるときの実験誤差で,もうひとつは,電磁波の発信源である原子はつねに動いているから,ドップラー効果により,原子が発信した電磁波の振動数が,受け手が受け取るときに(静止した原子が発信した振動数に比べて)変化してしまうことによる誤差だということのようです.

だから,より正確な原子時計というのは,

  1.振動数を数える技術を発展させる
  2.原子をなるべく静止させる

ことによってつくられるようです.

でも,それだと,やはり最初の懸念どおり,理論が考慮していない誤差が存在する可能性があるわけなんですよね….

まあでも,「時間の正確さ」なんてものはしょせん人間の取り決めでしかないからいいのか.
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by kunihisaph | 2004-09-11 12:54 | ヘリクツ/疑問/雑学/読書