ほとんどの人にとって、時間の理解は、時計やスマートフォンの表示にとどまりません。表示される時間は正確です。各デバイスがどのように時間を伝えるか、またはどこから情報を取得するかについて考えるのにあまり時間をかけません。
何十年もの間、私たちは原子時計に頼って時間を伝え、私たちの周りの宇宙を追跡してきました。 1955 年以来、時間を伝えるためのゴールド スタンダードとなっています。光時計とは何ですか?なぜそれほど重要なのですか?
原子時計から始める
何十年もの間、科学界と世界の両方が、より短い時間間隔を定義するために原子時計に依存してきました。季節と空を横切る太陽を追跡することを超えて移動すると、時間を伝えることはすべて2つのことになります。振動と共振周波数に依存しています。
太陽の位置に依存しない最初の時計の 1 つである振り子時計は、1 秒あたり約 1 振動で共振しました。ナイトスタンドのデジタル時計 (スマート時計や携帯電話ではないことを前提としています) は、電力線を流れる電気の共振を利用しています。これは、交流と直流の違いにより、米国では約 60 サイクル/秒、ヨーロッパでは 50 サイクル/秒で共鳴します。
原子時計も共鳴周波数を使用しますが、規模ははるかに小さくなります。これらの時計は、セシウム 133 の原子に依存しています。なぜなら、この元素の各原子は、研究者が発見できる限り、実質的に互いに同一だからです。セシウムの共鳴周波数は毎秒 91 億サイクルを超え、研究者は非常に正確な時計を作成できます。
何年もの間、これで十分であり、時間測定のゴールド スタンダードとさえ考えられていました。しかし、科学者や研究者が宇宙について学ぶにつれて、セシウム 133 でさえも提供できない精度が必要であることを発見しました。
光時計 101
原子時計は信じられないほど正確ですが、絶対確実ではありません。時間の経過とともにエラーが発生する可能性はまだあります。通常、それは 1 ナノ秒以下です。しかし、世界全体があなたの時計に頼って独自の時計を設定している場合、1 ナノ秒でも加算される可能性があります。
光時計は、特定の要素の共振周波数を使用して時間を伝えるという点で原子時計に似ています。ただし、類似点はここまでです。光時計は、原子時計で使用されるセシウム 133 の最大 10 万倍高い周波数で共鳴します。光時計は、セシウムに頼る代わりに、レーザーと組み合わせたストロンチウムやイッテルビウムなどの元素を使用して、その共鳴周波数を検出します。
前任者よりも正確であることに加えて、光時計の設定がより簡単かつ迅速になりました。原子時計は、時間を正確に伝える前に、数か月の平均化と校正を必要とすることがよくあります。光時計の共振周波数が速いため、研究者は同じタスクを数秒で完了できます。
光時計の重要性
セシウムベースの原子時計のおかげで、私たちは何十年もの間、非常に正確に時間を知ることができました.現在、宇宙に対する私たちの理解は拡大し、進化しています。私たちが学んだすべての新しいことについていくには、新しいツールが必要です。そこで光時計が活躍します。
世界規模で、企業はより正確なタイムスタンプを機能に使用できるようになります。小売、金融、ホスピタリティ、および同様の業界のシステムは同じタスクをわずかな時間で完了できるため、グローバル化が促進されます。また、GPS の精度が向上し、これらの衛星が現在の数メートルではなく、数センチメートル以内でターゲットを絞ることができるようになります。これにより、自動運転車や自動操縦機能を備えたその他の車両が環境をうまくナビゲートできるようになります。
光クロックの普及により、携帯電話やその他のモバイル デバイスのデータ送受信速度が向上する可能性さえあります。 5G は現在高速かもしれませんが、光時計の正確な時間管理によってサポートされているシステムは、水からそれを吹き飛ばす可能性があります.
その背後にある科学を見る
より正確な GPS とより高速なモバイル デバイスは、平均的な消費者にとって恩恵のように聞こえるかもしれませんが、これらの新しい時計が提供するすべてのものを受け入れることに本当に興奮しているのは、科学コミュニティです。
これらの超高精度時計の最もエキサイティングな潜在的アプリケーションの 1 つは、暗黒物質を特定できるツールを最終的に物理学者に提供する可能性があることです。
NASA によると、私たちの宇宙はおよそ 68% の暗黒エネルギー、27% の暗黒物質、5% の物質で構成されています。つまり、現在のツールでは全宇宙の 5% しか観測できないということです。重い暗黒物質の明らかな兆候を探す代わりに、科学者は光時計を使って超軽量の暗黒物質粒子の振動を検出できるかもしれません.
それらを見るのと同じではありませんが、暗黒物質と暗黒エネルギーが存在することを証明する可能性がありますが、これはまだ証明されていません.
地球の公転と自転は、長い期間を定義するための主要なツールですが、後者は主観的なものになる可能性があります。光時計の導入により、科学者は秒を再定義してより正確にする可能性があります。大規模な場合、ほとんどの人が日常の活動に影響を与えることはありません。
時間を伝える
正確な時間を知るには、日時計や空を横切って太陽を追跡する意欲よりもはるかに多くのことが必要です.振り子やデジタル時計から原子時計や光時計の作成まで、人類は常に私たちの周りの世界をよりよく理解するために努力してきました。時間を正確に知ることができることは、そのタスクを達成するために私たちが作成したツールの 1 つにすぎません。
