じじぃの「未解決ファイル_158_四次元時計」

相対性理論応用 標高差の精密測量に成功 世界初 動画 YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=tOowhPpTxy4
津波に襲われる宮城県名取市 巨大地震 動画 YouTube
http://www.youtube.com/watch?v=QoGzvb2BxP4
一般相対性理論 ウィキペディアWikipedia) より
一般相対性理論は、アルベルト・アインシュタインが1905年の特殊相対性理論に続いて1915年 - 1916年に発表した物理学の理論である。
一般相対論ともいい、ニュートン力学で記述すると誤差が大きくなる運動の速度が速い場合や、重力が大きい場合の現象を正しく記述できる。
【概要】
一般相対性原理と一般共変性原理および等価原理を理論的な柱とし、リーマン幾何学を数学的土台として構築された古典論的な重力場の理論であり、古典物理学の金字塔である。測地線の方程式とアインシュタイン方程式重力場の方程式)が帰結である。この理論では、アイザック・ニュートンが発見した万有引力はもはやニュートン力学的な意味での力ではなく、時空連続体の歪みとして説明される。
・時間の遅れ -- 強い重力場中で測る時間の進み(固有時間)が、弱い重力場中で測る時間の進みより遅いこと。
GPS
GPS衛星の円軌道速度は秒速約4 kmと高速であるため、特殊相対論によって時間の進み方が遅くなる。一方、GPS衛星の高度は約2万 kmで、地球の重力場の影響が小さいことから、一般相対論によって地上よりも時間の進み方が速くなる。このように特殊相対論と一般相対論で互いに逆の効果をもたらすことになる。この相対論的補正をせずに1日放置すると、位置情報が約11 kmもずれてしまうほどの時刻差になることから、相対論的補正はGPSシステムの運用に不可欠である。

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共同発表:次世代時間標準「光格子時計」の高精度化に成功〜2台の時計が宇宙年齢138億年で1秒も狂わない再現性を実証〜
光格子時計を低温環境で動作させることで、世界最高精度の時計の再現性を実現。
・高精度化により、次世代の時間標準として「秒の再定義」の議論加速に期待。
・従来の時計の概念を超える計測ツールとしての応用や基礎物理学の新たな知見獲得へ前進。
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20150210-2/
文藝春秋 2012年 新年特別号
四次元時計 評論家 立花隆 (一部抜粋しています)
日本でいま世界最高の時計が作られつつある。それは、世界で最も精確な時計で、光格子時計と呼ばれる。なんと100億年に1秒しか狂わないという。宇宙創生(ビッグバン)から動かしたとしても1秒しか狂わないのだ。
いま現在、世界でもっとも精確とされ、世界標準時刻を刻むのに用いられているのは、セシウム原子時計。ところがこれは数千万年に1秒くらい狂う。千万年を秒で数えると10の15乗だから、これを時間精度15桁という。光格子時計は、理論的に18桁の精度を出せる。一挙に1000倍も精度がアップするのだ。それだけ精度が上がると、その精度を確かめるのも大変だ(現行の世界最高時計でもチェックしようがない)。結局、2台の試作機を作り、相互参照しながら精度を上げていっている。
時計も、これくらい精度が上がると、全く異質の計測器になる。単なる時計の計測器ではなくなって、アインシュタイン相対性理論でいう、「時空の歪み」を測ることができる計測器になる。
アインシュタインに従えば、我々が住んでいるこの世界は、時間と空間が深く結びついた四次元世界。超高速(光に近いスピード)で移動している空間では、長さがちぢんだり、時間が遅れたりする。これは、実験的にも証明されており、超精密時計を飛行機やロケットに乗せて飛ばすと、たしかに微小な時間遅れが生じる。
これまでは時間や空間がちぢむという相対論的な効果は、光速に近いスピードで動く空間についてだけいえることで、我々の日常的な世界とは全く無縁と考えられていた。しかし、時間を測る精度が、光格子時計がめざす18桁まで上がると、そうではなくなる。我々の日常世界にまで、相対論的効果による時空の歪みが入りこんでいることが見えてくるというのだ。この時計の基本アイデアを出し、試作機を作っているのは、東大大学院の香取秀俊教授。
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セシウム原子時計の15桁では精度が足りないので、いま日米欧で次世代世界標準時計の基準となる新しい原子時計作りの激烈な競争がはじまっている。その中で日本の光格子時計がトップを走っている。光格子時計の基本メカニズムは、精度が高いレーザー光線で格子構造を作り、その光の波の谷間に、絶対零度近くに冷却したストロンチウム原子100万個をのせて……、といった精密さの極致をいくような構造。レーザーの精度がもうちょっと上がれば、本当に夢の18桁に届くところまできている。

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どうでもいい、じじぃの日記。
『タイムトラベル超科学読本』という本に、「カーナビが使えるのはアインシュタインのおかげ」というのがあった。
GPS衛星の時計を、1秒につき、100億分の4.45秒遅く進む設計にすることで、地上の時間とぴったり合うようにしている。この補正をしなければカーナビは1日で何キロメートルもの誤差が出てしまい、まったく使い物にならなくなってしまうのだ」
GPS衛星のある軌道と、地球の地上とは重力が違う。GPS衛星のある軌道では重力が地上より弱い分、時間が地上よりも少し速く進む。そのため、GPS衛星の時計を1秒につき100億分の4.45秒遅く進む設計にすることで、地上の時間とぴったり一致するようにしている。
我々は、精密な時間を手に入れることで、GPSの精度を上げることができるようになった。逆に、GPSから重力の影響の違いを知るようになった。
2012年 新年特別号 『文藝春秋』に立花隆さんのエッセイ 「四次元時計」が載っている。
「日本でいま世界最高の時計が作られつつある。それは、世界で最も精確な時計で、光格子時計と呼ばれる。なんと100億年に1秒しか狂わないという。宇宙創生(ビッグバン)から動かしたとしても1秒しか狂わないのだ」
この光格子時計は、理論的に18桁の精度を出せるのだそうだ。
光格子時計が出来ると、我々の生活にどのような恩恵を与えてくれるのだろうか。
地震による地球表面の「時空の歪み」が検出できるのだろうか。
もしかしたら、将来また起きるかもしれない3.11の巨大地震を予知できるのかもしれない。