「秒」の基準って？

質問

普段私たちが何気なく使っている時間の単位「秒」。
これはいったい、何を基準に決まったのでしょうか？
それから、クォーツ時計や原子時計の原理をご存知でしたら、お教えください。

回答No.5

Teleskope · ベストアンサー

１．
>>　人間が定義した時間は何を根拠に１秒という時間をきめたのか <<

　「分と秒」は もともと古代からあった「角度の単位の名称」です。それが「時間の分と秒にも」使われるようになったのは、1300年代末にフランスなどで機械式時計が発明された時です。
伝統的な幾何学では 円を1/60した角度（6度）を「第一のminuta」それをさらに1/60した角度（0.1度）を「第二のminuta」と呼んでました。　minuta は英語でミニチュアという意味、小さな角度、これが minute＝分の語源です。そして 第二のminuta＝second minute が省略されたのが 現在の second＝秒 の語源です。

　天文観測で「星の動き（角度）を正確に測る手段」として作られたのが時計です、角度を表すように歯車を作ったので、時間の分と秒が決まったのです。　中世時代の真っ暗な夜、大きな分度器で星空を見ながら、星が横切った瞬間、now! の合図で、記録係は時計のカチカチ音を数えた回数 すなわち秒数＝角度の秒 を記録しました。（それ以前は脈拍で数えたりしてました。）

　昔は天文と宗教（教会）は密着してました。教会が鳴らす鐘は人々が一斉に祈る合図でした。鐘が鳴ると農作業の手をとめて祈る、そんな絵画で見られるとおりの光景です。　この「合図、その鐘、その鐘の音」を clock と言ってたので、新発明の機械は やがてその名前で呼ばれました。(*)
　この機械以前は日時計や水時計や砂時計に頼ってました。それを見た貴族や市民が 神秘趣味やステータスシンボルとして職人に作らせたり 公共の時計塔が作られたりした結果、時計が普及しました。

（ 発明当初の時計は振り子ではなくＴ形の棒がクルクル往復回転する方式、日本の時代劇に登場するあの時計です。　望遠鏡の発明や 振り子の等時性の発見は、時計の発明から200年ほど後です。　振り子式の時計は ガリレイでなく さらに後のホイヘンスです。分針や秒針が登場したのは さらに後の17世紀末です。）

２．
>>　（４）自転・公転などについて、たまにくるいがしょうじないのか <<

　しょうじてます。
http://jjy.nict.go.jp/News/leapsec.pdf
この図は優れ物で気に入ってます。「百聞は一見に如かず」閏秒を言葉の説明でここまで分からせるのは不可能ですね。　図は2001年までしか書いてませんが その後ずっと閏秒は無く 今年（2005年）もありません、つまり 曲線は この数年間ずーっと平らなのです。そのうちまた動き出すと何年も何年も閏秒がつづくのでしょう。
　一様に変化しない原因は完全には究明されてませんが、地球自身の慣性モーメント変化、他惑星からの影響、歯車のように「整数分の整数」で刹那的な安定があってやがて別の「整数分の整数」にジャンプしつつ 遅くなる、、など言われてます。

３．秒の基準の歴史

最初は上記のように星空の回転です。これは 恒星時 と言います。

↓
恒星時は日常生活と合わないので「一昼夜の長さ」に変更。　ただし、よく間違われますが 地球自転の一回転と一昼夜の長さは違います。後者が約4分長いです。

↓
地球が太陽を一周する「いわゆる一年」に変更。科学技術の進歩で精度や変動などが無視できなくなったからです。

↓
太陽系への依存からセシウム原子への依存に変更。(**)

↓
将来の宇宙時代には「星の回転」が「地球外にある基準」として使えるかも知れない、という可能性を探る研究の例です。
http://www2.nict.go.jp/kk/e412/CRL_News/back_number/183/183.htm

　余談；
(*)ディジタル回路のフリップフロップの「クロック」はなぜ時計？という初心者FAQがあります、これは上記の clock の古語的意味に由来してます。多数のFFを一斉に動かす合図、という意味合いです。　よく「時計のように一定の周波数だから」のような説明が散見されますがちょっと悲しい。

(**)電子回路で分周回路と言うのがあります、いわゆるカウンターです。これが光の周波数を直接分周できるものが研究されており、出来上がれば「究極の時計」が見られます。

（以前同様な質問に答えた文を流用加筆しました。）

お礼

こだわれば、深い歴史があるのですね。
子供にも伝えていきます。
ありがとうございました。

回答No.7

he-goshite-

>クォーツ時計・・・の原理
「クォーツ」とは水晶という意味です。
No.3回答者さんが紹介されているページも，もちろん水晶発信回路の原理ですが，
　現在のクォーツ時計（なかでも腕時計）の水晶振動子はほとんど音叉形の３２ｋHz（正確には32,768Hz）のものが使われていると思います。
　その回路で発生した電気信号をフリップフロップ回路で分周し，モーター（多くはステップモーター）をまわします。あとは歯車仕掛けで針を所定の回転数（秒針を１分１回転～時針を１２時間で１回転）で回すのです。
　もちろん，デジタル表示時計の場合はモーターと歯車で針を回す代わりに電気回路・電子回路などで数字を表示します。

回答No.6

Teleskope

>>　地球自転の一回転と一昼夜の長さは違います。<<

　No5です、蛇足かもですが、上記の意味を；

下記の回答No2。これは月の満ち欠けですが、単純なので理屈を考えるには良いかと。
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=976811

下記の回答No10、主にその4項。http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=1048118
内容は上記と同じなんですが、話が複雑な訳は「昔用いられた１年の長さ」が生き残ってるからです。
末尾のリンク先の物語もトレビアになるでしょう。

回答No.4

rey-aw

太陽だと思います。
太陽の運行の２４分の１は１５度です。
つまり、１時間に１５度移動する訳です。
時計の短針は１２時間で一周なので１時間で３０度移動します。

ここから、１時間の正確な計測が始まる訳です。

ここで、分針は、１時間で３６０度回転します。
この結果、
「１分は、３６０の公約数でなければならない。」
この法則が発生します。

分針は１分で６度進みます。
秒針は１秒で６度進みます。
１分は６０秒。
１時間は６０分。
６０の２乗は３６００秒。
みんな６です。
６X６が３６ですから、計算は嫌でも合います。

何て低俗な計算方法を考え付いたのでしょうか。
もう少し、数学者らしい計算方法を立案しても良いはずですね。

理由。
当時の数学者の計算力が弱く、他にうまく３６０度を振り分ける事が出来なかった。
または、他に力を入れていた難解な計算があり、面倒なので簡単に片付けてしまった。

です。

お礼

角度と時間には歴史が壮大なあるのですね。
ありがとうございました。

回答No.3

Toshi0230

> 何を基準に決まったのでしょうか？
元々は、地球の自転周期から決まっています。
つまり、1/(24*60*60) = 1/86400 日ですね。

しかしながら、地球の自転周期は一定ではないようで（しかも長期的にはだんだんゆっくりになってきているらしい）、定義として用いるには不的確なのだそうです。
そこで、現在はdoubleimpactさんの回答の通り、セシウム原子の「振動」を基準にしています。

> クォーツ時計や原子時計の原理

これは、1秒を計測するのに何を用いているか、が異なります。原子時計はセシウム原子の「振動」を、クォーツは水晶の振動を利用します。

原子時計についてはdoubleimpactさんがURLを提示しているので、クォーツについてググった結果の１つを提示します。

参考URL：

http://nds.jpn.org/suishou.htm

お礼

クォーツ時計の原理がイメージできました。
ありがとうございました。

回答No.2

happy_books

１秒の定義って微妙に変わってるのは、ＮＨＫの
特番か何かでやってました。

http://www.itmedia.co.jp/mobile/0308/04/n_crl.html

参考URL：

http://ja.wikipedia.org/wiki/%25E7%25A7%2592

お礼

秒の定義の歴史がわかりました。
ありがとうございました。

回答No.1

doubleimpact

以下のURLはいかがでしょうか？

１秒は、セシウム133の原子の基底状態の二つの超微細準位の間の遷移に対応する放射の周期の91億9263万1770倍の継続時間である

と定義されています。
（難しいですね）

参考URL：

http://www.itmedia.co.jp/mobile/0308/04/n_crl.html

お礼

ありがとうございました。
なんとなく、地球の自転周期かな、と思っていたのですが、現在の定義は違うんですね。
基底状態の二つの超微細準位の間の遷移、とか、難しそうですね。