2020年5月8日 一般相対性理論を東京スカイツリーで実証？

こんにちは。ハッピーくんです。
ゴールデンウィークも残り数日となりました。
そろそろ元の生活に戻していきたいですね。
今日はなんとか7時に起きて体内時計を調整中です。

さて、本日は時計にまつわるこの記事です。

日本発 最高精度の時計：日本経済新聞
https://www.nikkei.com/article/DGKKZO58816120X00C20A5TJN000/

昨日の投稿で、相対性理論の話をほんの少しだけしたら、本日の日経新聞に面白い記事がありました！

昨日書いた内容は、くだらないのですが、
『1日でゲームの世界の15年を廃人のように進めた。これはゲーム界の重力が地球よりも弱いことも意味しているのか？』みたいなジョークです。
わかりにくく面白くもないですね…

記事は『重力が強いほど時間の進み方は遅くなる』という、あのアインシュタインの一般相対性理論から導かれる現象が東京スカイツリー内で実証されました！という内容です。

宇宙や物理学の詳しいことは知らないものの、誰もがそのロマンに引き寄せられる感覚があると思います。
私だけでしたらすみません。

この実証は東京大学と理化学研究所によるもので、島津製作所と共同開発した高精度の原子時計「光格子時計」によって可能にしました。

原子時計は凄く簡単に言えば、原子が吸収したり放出したりする電波や光の周波数を基準にした時計のことです。
今回の研究で用いられた時計は100億年に1秒ずれる程度の高精度のものです。100億年前は地球も誕生していないですよ！驚きの精度ですね。

検証内容

研究グループは東京スカイツリーの地上階（標高3.6メートル）と展望台（同456.3メートル）に光格子時計をそれぞれ設置。2018年10月～19年4月に、2台の時計の進み方の違いを断続的に測定した。展望台の方が1日あたり4.26ナノ（ナノは10億分の1）秒、早く進んでいたことを確認した。

一般相対性理論では、重力が強い地表では時間はゆっくりと進み、重力の弱い高所では速く進むとされています。これを確かめる実験として、人工衛星やロケットに原子時計を積み込んで、高度約1万キロメートルの宇宙空間と地表の間の高低差を確保して測定をしていました。

高低差をとるのは万有引力の法則で習いましたよね。
この式です。

質量M[kg]と質量m[kg]の２つの物体の間に働く万有引力の大きさF[N]：F＝G×M×m÷r^2
r：物体間の距離(m)
G：万有引力定数(G=6.673×10-11N・m2/kg2)
万有引力は物質の質量に比例し、物質間の距離rの二乗に反比例します。

今回は、これと同等の検証結果を地球上のしかも「屋内」で得ることに成功しました！
たった数100mの重力の差を捉えているのです。
物質間の距離は地球の半径が6,371kmであることを考えると、この400mは誤差程度の高低差です。
さらに研究所ではなく、スカイツリーまで持ち運べるという点でも凄い技術であることがわかります。

この技術は、今回のような物理実験だけでなく、正確な時刻測定を伴う様々な用途に使うことができそうです。離れた場所に複数の光格子時計を設置して光ファイバーで結んだネットワークを作れば、各地の標高差の変動をリアルタイムで捉えることができ、地震予測のための地殻変動や火山活動の前兆を捉えるのに役立つと見られています。

東京大学の香取教授は「日本で生まれた光格子時計をネットワーク化し堅牢な時間インフラとして利用できるよう育てていきたい」と語っています。教授らはさらに精度を上げて、3兆年に1秒しかずれない時計にも挑戦しているようで、今後も楽しみですね。

それでは本日もありがとうございました！

ハッピーくん