「世界で最も正確な原子時計」を作る研究者に話を聞いたムービーが公開中

「原子時計」とは、原子や分子のスペクトル線を利用した非常に精度の高い時計のこと。そんな原子時計の中でも世界最高レベルに正確な原子時計を作った研究者に、原子時計を作る理由や将来の展望について話を聞いたムービーが公開されています。

Inside The Most Precise Atomic Clock in the World


私たちを取り巻く世界の現象を解明しようとする量子物理学の研究が進んだ結果……

「時間」というものを非常に正確に測定することが可能になりました。

いったいどのようにして科学者は時間を計測するのでしょうか。

時間についての疑問を重ねていくと、ある種の哲学的な問いにもなってくるとのこと。

正確な時間を計測する手法を開発することは、物理学の世界を開拓するのに必要不可欠なことです。

精度の高い原子時計の開発は、宇宙の謎を突き止めることにもつながります。

コロラド大学ボルダー校の物理学教授であるジュン・イェ氏は……

宇宙の謎を探求することと、量子物理的な問題は根底の部分で関連していると話します。

イェ氏の研究チームは、世界で最も正確な原子時計を開発しました。

原子時計は世界の微量な物理的変化を観測することが可能であり、アルベルト・アインシュタインの一般相対性理論の研究にも使用されているとのこと。

「時計は量子的な計測機器です」とイェ氏は語り……

現代科学において正確な時間の測定は非常に重要であり、科学の基礎は正確な計測から成り立っていると説明します。

計測は世界を知るためだけでなく、理論が正しいのかどうかを証明する時にも必要です。

そのため、正確な原子時計の開発は世界の真実により深く到達するために、必要不可欠な存在だとのこと。

原子時計についての話を聞くためにイェ氏のもとを訪れたのは、地球生物学者のヴィクトリア・オーファン氏。

イェ氏はクリストファー・ノーラン監督のSF映画「インターステラー」が非常にお気に入りだそうです。

「SFの中だけでなく、実際に地球の中心に近くなればなるほど、時計の進みはゆっくりになります」とイェ氏が言うと……

「本当に？」とオーファン氏が聞き返します。

「はい。アインシュタインが一般相対性理論で説いたように、時間は相対的なものなのです」とイェ氏。原子時計のように非常に正確に時間を計測できる時計を用いれば、実際にわずかに時間が早く進んだり、遅く進んだりする現象を観測することができるとのこと。

スイスで買ったどれほど精巧な機械時計であっても、一つ一つの時計にはわずかな誤差が生じています。原子時計はその誤差を排するために、物質の基本である原子を用いて時間を計測しています。

イェ氏が開発する原子時計は、レーザー光で作ったケージの中にストロンチウム原子を並べ……

原子の振動によって時間を計測しています。

「信じられないかもしれませんが、このケーブル全てに目的があります」とジョークを言いながら、イェ氏がオーファン氏を原子時計の近くに案内しました。

2人は強い光を防ぐためにサングラスをかけて、世界で最も正確な原子時計を見つめます。

ぼんやりと青く光っている部分の中に、1000万個のストロンチウム原子が詰まっているとのこと。

肉眼で見ても動いているようには見えませんが、実は1000万個ものストロンチウム原子が規則正しく振動し、まるで振り子時計のようになっており……

この原子時計は宇宙の始まりから終わりまでの期間を通しても、わずか1秒以下のズレしか生じません。

イェ氏は、原子時計を用いた計測が現実の物理現象を解き明かすことに、とてもワクワクするとのこと。

たとえばイエローストーン国立公園に原子時計を置いて……

時間のズレを計測することによって地中から巨大な質量が近づいていることを予測できます。つまり、「地中からマグマが噴き上がりそうだ」という噴火予測を行うことも可能だと、イェ氏は冗談交じりに話しました。

原子時計でさまざまな計測を行うことで、多くの未知の現象が解明できるはずだとイェ氏は語ります。

地球上の現象だけでなく、ダークマターやダークエネルギーといった、宇宙の謎を解明することにも原子時計は役立てられるとのこと。たとえば、ブラックホールが生成される時に宇宙へ放出される重力波を感知したり……

ビッグバン発生時に放出された宇宙マイクロ波背景放射が宇宙の端から戻ってくるのを観測できるかもしれないそうです。それどころか、まだ人類が気づいていない世界の謎にも、原子時計を使って切り込めるとイェ氏は信じています。

宇宙の謎と原子時計は一見すると別の分野にも見えますが、いつの日かそれら2つがパズルのように合わさる日が来るかもしれないとイェ氏は語りました。