この項目では、時間の単位について記述しています。角度の単位については「秒 (角度)」をご覧ください。 秒（びょう） 英: second, sec. 原子時計 記号 s 系 国際単位系（SI基本単位） 量 時間 定義 セシウム133の原子の基底状態の2つの超微細準位の間の遷移に対応する放射の周期の9 192 631 770倍に等しい時間 由来 平均太陽日の1/86 400  表・話・編・歴  秒（びょう、英: second, sec.、記号s）は、国際単位系 (SI) およびMKS単位系[1]、CGS単位系[2]における時間の物理単位である。他の量とは関係せず完全に独立して与えられる7つのSI基本単位の一つである[3][4]。 初期の「秒」は、太陽が見かけ地球を廻る運動を基に定義され[5]、太陽が1周する時間を24分割した太陽時を60分割して「分」、さらにこれを60で割り「秒」が決められ、結果として1日の86 400分の1が「秒」となった。しかしながら、19世紀から20世紀にかけて天文学的観測から、この見かけの太陽周回の平均時間がわずかながら徐々に長くなっていることが判明し[6]、時間の定義にはそぐわないと判断され始めた。これを解決した発明が原子時計であり、1967年からセシウム133原子の放射周期という普遍的な定義が可能となった。 なお、1秒が人間の標準的な心臓拍動の間隔に近いことから誤解されることがあるが偶然に過ぎず、この両者には関係は無い[6]。 目次 1 定義 2 歴史 2.1 機械時計成立以前の秒 2.2 秒表示を持つ機械時計 2.3 地球の公転周期に基づく秒 2.4 原子時計による秒 2.5 定義の変遷 3 表記 3.1 倍量・分量単位 3.2 漢字表記 4 国際原子時と閏秒 5 脚注 5.1 注釈 5.2 脚注 5.3 脚注2 6 参考文献 7 関連項目 8 外部リンク 編集 定義 現在の「秒」は、以下のように定義される。 The second is the duration of 9 192 631 770 periods of the radiation corresponding to the transition between the two hyperfine levels of the ground state of the caesium 133 atom.[3] 訳：秒とは、基底状態におけるセシウム133原子の2つの超微細準位間の遷移に対応する放射が周期数9 192 631 770回維持される時間である[7]。 – 第13回国際度量衡総会決議1、1967/68年 編集 歴史 編集 機械時計成立以前の秒 英語の"second"は、元々"second minute"（第2の分、次の分）と呼んでいたことを由来とする[8]。それに対して分のことは"prime minute"と呼んでいた。すなわち、1時間に対する第1の分割、第2の分割という意味である。 古代のバビロニアそして中国では、1日を12等分する時間を設け、これを日時計による観測で確認をしていた[9]。また、少なくとも紀元前2000年頃にはエジプトでは1日を昼と夜に分け、それぞれを12の時間単位で区切っていた[9]。これは不定時法と呼ばれ、季節による昼や夜の長さ変動から、それら時間単位の実際の長さは一定していなかった。古代ギリシアのヒッパルコス（紀元前150年前後）と古代ローマのクラウディオス・プトレマイオス（150年前後）は、それぞれ1日を六十進法で細分し、平均化された1時間（1日の24分割）や、1時間の単純な分数（1/4や2/3など ）そして時間の度合い（現代の「分」にも通じる１日の360分割）などを用いたが、これらは現代の分や秒とは異なっていた[10]。 六十進法の定義によって分けられる1日は 1/60のn乗の時間区分を設けてゆくことになるが、300年頃のバビロニアでは少なくとも(1/60)6までの分割（2マイクロ秒よりも短い）を行っていた。ただし、そのようなごく短い時間単位を基準に用いていた訳ではなく、例えば1年という時間を細分単位で表すような場合には1日の60分割単位を基礎としていた。しかも、その単位時間さえも正確な測定を行う手段を彼らは持っていなかった。ある例では、彼らは朔望月の平均時間を六十進法で29;31,50,8,20日と計算していた。これはヒッパルコスとプトレマイオスも行った六十進法での計算に相当し、さらに現代のユダヤ暦における平均月29日と12時間793ヘレク(en)となる。この「ヘレク」は1080倍で1時間となる[11]。バビロニアでは「時」は使わず、現代の2時間（120分）に相当する時間、4分に相当する時間、10/3秒に相当する時間（ユダヤ暦の「ヘレク」と同じ）をそれぞれ単位とした。[12] 1000年、ペルシア人の学者アブー・ライハーン・アル・ビールーニーは、新月となる週に、日曜日の正午を基準点とした「日、時、分、秒」さらに秒より細かな2段階の区分を施した[13]。1267年にはロジャー・ベーコンが、満月日の正午を基準に「時 (horae)、分 (minuta)、秒 (secunda)」さらに細かな (tertia)と(quarta) へ分けた[14]。これら「秒」を60分の1に細分する用語「third」は、現代のポーランド語 (tercja) やトルコ語 (salise) に残っているが、通常は小数点以下2桁で示される。 編集 秒表示を持つ機械時計 時計が秒単位を表示するようになった初期の例は、16世紀後半に現れる。1560-1570年のFremersdorf collectionには、秒針を持つねじ式時計がある[15][16]。同じ頃、タキ・アルジン(en)は5秒刻みの表示をする時計を製作した[17][18]。1579年にはヨスト・ビュルギがヴィルヘルム5世（ヘッセン＝カッセル方伯）(en)の依頼を受け、秒を示す時計を作った[19]。1581年にはティコ・ブラーエが天文台の時計を改修した際に分と秒の表示を加え、1587年に彼は、この時計は4秒の狂いしか生じなかったと述べた[20]。 秒表示の正確性は、振り子時計が発明され、日時計による見かけ時間の表示から平均時を表すことができるようになって向上した。特に1670年にビル・クレメント(en)がクリスティアーン・ホイヘンスの時計に秒振り子(en)を加えた事が顕著に貢献した[21]。ロングケース・クロック(en)の秒振り子は一往復で2秒を示し、片方からもう一方へ振れる際に鳴る機械音が1秒毎の時間を刻んだ。そして、精密時計の文字盤には1分間で一周する秒針が加えられるようになった。 編集 地球の公転周期に基づく秒 長くヨーロッパでは、地球の自転周期は一定だと考えられていた。ところが、クォーツ時計の精度が向上すると[6]少しずつ遅くなっていることが分かり[8]、さらに季節による変動があることも判明した[22]。これらは、太陽や月の引力で生じる潮汐力の摩擦 [7][23]、海流や大気の循環、さらに地球の核が流動していることなどが影響を及ぼす。また、地震の発生も自転周期の変動を起こす[24]。これらから、平均太陽日を元にした定義では秒を固定できないことが判り、何かしらの対処が求められた[8]。 これを受けて、1954年の第10回国際度量衡総会 (Conférence Générale des Poids et Mesures, CGPM) での決議に基づき、1956年の国際度量衡委員会 (International Committee for Weights and Measures, CIPM) において、秒の定義を地球自転よりも変動が少ない公転に求め[7]、「1900年の年初に近い時で、太陽の幾何学（章動と光行差の影響を除いた）平均黄経が 279度41分48.04秒 なる時刻を基点として測り、この時刻を暦表時1900年1月0日の12時（日本時間で1899年12月31日21時）と定義する。暦表時秒とはこの時刻から1太陽年の 1/31 556 925.9747」と改められた[8]。暦表時とは、ニュートン力学に基づき地球の公転周期を元にして定めた時刻である。このときに使用されたのは、18世紀から19世紀までの天文観測に基づいて1900年以降の太陽の運動を示す方程式を記述した「ニューカムによる太陽の見かけの（光行差を考慮した）平均黄経」であった[25]。この定義は1960年の第11回国際度量衡総会で批准された[26]。1900年というのは、これが平均太陽日が86 400秒になる時代という意味ではなく、単に時間を決めるための基準点としてきりの良い日付が選ばれたに過ぎない。そのため、基準値をもう一度測定しようとしても1900年に遡って行うことは不可能であり、再現性に課題を抱えていた[22]。 編集 原子時計による秒 新たな定義において、1/31 556 925.9747という12桁の有効数字が使われたということは、この時にはそれだけの精密な計測が可能な時計が既に発明されていた事を示す。これこそがセシウムを用いた原子時計であった[8]。セシウムは天然では原子量133の元素のみが存在し、かつ金属の沸点が670℃と低いところから使いやすく、原子時計に採用されていた[8]。ならば、観測によってのみしか決定できない地球の公転よりも、実験室で求めることが可能な原子時計を直接用いて秒の定義を決めることが効率的と考えられた[8]。これには、量子力学の原理から、すべての133Cs原子は個別の差が存在しないため、原理的に同一の定義が可能という特色もある[27]。 この節は、一般的に入手できる各種資料や参考文献・出典などに基づいて作成しています。特に数値「9 192 631 770」を得るまでの具体的手段（ノート:秒参照）の部分について、若干精度、確度に欠ける部分があるかも知れません。内容を確認し、加筆・訂正などをしてくださる協力者を求めています。このタグは2010年11月に貼り付けられました。 既にいくつかの国家は原子時計を導入し、時系の運用に用いていた[28]。まず、原子時計には誤差の徹底的な洗い出しと対策が施され[29]、そしてアメリカ海軍天文台 (United States Naval Observatory, USNO) のウィリアム・マーコウィッツ(en)とイギリス国立物理学研究所(en) (National Physical Laboratory, NPL) のルイ・エッセン(en)によってセシウム原子の超微細遷移周波数と暦表秒との関係が求められた[25][30]。マーコウィッツとエッセンは、3年間の共同研究を経て1秒が9 192 631 770周期だという数値を得た。これは、1951年にマーコウィッツが発明した星と月の動きを同時に追える月観測用カメラをUSNOが2台、大西洋を挟んで[31]並列で設置し、月による星食から、高精度の天体暦時間を確認することで得られた[32]。また、この観測でNPLは、アメリカ東海岸コロラド州の標準電波局WWV短波放送による識別信号を使い、2台の原子時計の比較調整を行った[31][32]。 この結果を受けて、40カ国の代表が参加した1967年の第13回CGPMにおいて、現在の原子時計によるSIの秒の定義が決定された[7][29]。1997年の国際度量衡局 (BIPM) の会議では「秒の定義は0ケルビン(K)の下で静止した状態にあるセシウム原子に基準を置いている」という声明が出された[33]。しかし現実には、絶対零度、止まった原子、そして外部からの電磁波等を全く排除した状態を作り出すことは事実上不可能であり、この理想状況との差異を評価して補正を加えなければならない。これを自動で行う機器の例には、一次周波数標準器がある[7]。 編集 定義の変遷 秒の定義と不確かさの変遷 年 定義内容 相対的な不確かさ ‐ 平均太陽日の1/86 400 ( =1/(24*60*60) )[22] 10−8[34] 1960年 1900年1月0日12時から1太陽年の1/31 556 925.9747 [22] （1956年CGPM） 10−10[34] 1967年 2つの基底状態セシウム133超微細準位間の遷移に対応する 放射周期の9 192 631 770倍に等しい時間（第13回CGPM） 10−10[35] 1997年 0Kにおける静止したセシウム原子の時計 （1997年CIPM） 10−12[35] （参考） 可視光領域の遷移を利用する原子時計など 10−14[35] - 10−16[34] 編集 表記 編集 倍量・分量単位 SI接頭辞では、秒の倍量単位・分量単位を定めている[36]。秒の倍量単位は、定義上はキロ秒、メガ秒などもありうるが、通常は分・時間・日・週・月・年・世紀・千年紀などの慣用の単位が使われるため、接頭辞つきの単位はほとんど用いられない。参考までに、これらの慣用の単位を秒だけで表すと以下のようになる。 1分 = 60 s 1時間 = 60分 = 3 600 s = 3.6 ks 1日（平均太陽日） = 24時間 = 86 400 s = 86.4 ks 1週 = 7日 = 604 800 s = 604.8 ks 1月 = 30日（31日の月もある） = 2 592 000 s = 2.592 Ms 1年（暦表年） = 365日（366日の年もある） = 31 536 000 s = 31.536 Ms 1世紀 = 100年 = 36 524日（24回閏日があるものとする） = 3 155 673 600 s = 約 3.1557 Gs 1千年紀 = 1000年 = 365 243日（243回閏日があるものとする） = 31 556 955 200 s = 約 31.557 Gs 逆に1秒は慣用の単位では以下のように表される（全て、6桁目を四捨五入している）。 1秒 = 1.6667 × 10-2 分 1秒 = 2.7778 × 10-4 時間 1秒 = 1.1574 × 10-5 日 1秒 = 1.6534 × 10-6 週 1秒 = 3.8580 × 10-7 月 1秒 = 3.1710 × 10-8 年 1秒 = 3.1689 × 10-10 世紀 1秒 = 3.1689 × 10-11 千年紀 分量単位には以下のものがある。 ミリ秒(ms)は1,000分の1秒に等しい。ミリ秒は、音声学で音素の期間を測るためによく使われる。また、一般的なストップウオッチにおける最小の単位でもある マイクロ秒(µs)は100万分の1 (10-6) 秒に等しい。マイクロ秒は、原子の反応や化学反応のような、通常わずかな時間で起こるような現象の時間の計測によく用いられる。 ナノ秒(ns)は、10-9秒に等しい。 ナノ秒が日常生活に登場することはまずない。技術的な場面では、コンピュータ、電気通信、パルスレーザーといくつかの電子機器でよく使われる単位である。 1ナノ秒の間に光は真空中を 299.792 458 mm（これはメートルの定義値に基づく正確な値である）進む。しかし、真空以外の空間中ではそれよりも遅くなり、それは屈折率n（1以上）によって示される。空気 (n = 1.000292) 中では光は1ナノ秒間に約 298.9 mm 進むが、水 (n = 1.33) の中では約 225.4 mm になる。 ピコ秒(ps)は、10-12秒に等しい。 フェムト秒(fs)は、10-15秒に等しい。 可視光の波は、およそ1フェムト秒の周期で振動する。 アト秒(as)は、10-18秒に等しい。 現在、計測することのできる最も短い時間（2004年2月現在）は100アト秒である。（BBCニュース） ゼプト秒(zs)は、10-21秒に等しい。 ヨクト秒(ys)は、10-24秒に等しい。 編集 漢字表記 漢字「秒」の本来の意味は、小麦や稲などの芒（のぎ、のげ。穂先の堅い毛）のことである。そこから、わずかなもの、微細なものの意味となった[8]。『孫子算経』では、小数の位取りに「秒」を用い、毛（毫）の10分の1（すなわち0.0001、1万分の1）を秒としている[37]。宋代にこの秒は糸に置き替えられた。明代に西洋の時法が伝わったとき、わずかな時間であるsecondに秒の字が宛てられた。 編集 国際原子時と閏秒 原子時計で定義された秒を基礎に置いた時刻、正確には世界中にある300台以上の原子時計が算出する平均によって決められる時系があり、これは国際原子時 (TAI) と呼ばれ、1958年1月1日0時に世界時 (UT) に合わせて開始された[38]。ところが、地球の自転のぶれから、国際原子時と世界時の間にはズレが生じるようになった。一日の時刻は、基本的に正午に太陽が南中に来るように設定されるため、この差異が0.9秒以上にならないように調整し協定世界時 (UTC) を設定する運用が1958年から始められた[38]。 1961年から1971年までは標準周波数のオフセットと時刻のステップ調整で差異を埋めていた（旧協定世界時）。1972年に1月1日0時の協定世界時を国際原子時と10秒の差がある状態に一旦調整（特別調整という）し、その年以降は閏秒を適宜加えるか除く方法に改められた。2009年までに閏秒の調整は、どれも閏秒1秒を加える操作が計24回なされた。結果、特別調整を加え協定世界時と国際原子時の差異は2009年段階で39秒となっている。[38] 編集 脚注 編集 注釈 ヘルプ 編集 脚注 ^ 宮川勇人. “MKS単位系について (PDF)” (日本語). 香川大学工学部材料創造工学科. 2010年11月13日閲覧。 ^ 田中岳. “独修『水理学』、長谷川和義監修／田中岳著 (PDF)” (日本語). 北海道大学大学院工学研究科環境資源工学・水圏工学. 2010年11月13日閲覧。 ^ a b “Official BIPM definition” (英語). 国際度量衡局 (BIPM). 2010年11月13日閲覧。 ^ 沖俊任. “計測工学 ‐第1回（測定と単位系）‐p.p.1-2‐平成20年4月10日 (PDF)” (日本語). 宇部工業高等専門学校. 2010年11月13日閲覧。 ^ (2000年) Splitting the second: the story of atomic time. 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Cambridge, Massachusetts: ハーバード大学出版局.  和田純夫・大上雅史、根本和昭 『単位がわかると物理がわかる』 ベレ出版、2002年、初刷。ISBN 4-86064-013-6。 編集 関連項目 時間の比較 編集 外部リンク ウィキペディアの姉妹プロジェクトで 秒 に関する情報が検索できます。 ウィクショナリーで辞書項目 ウィキブックスで教科書や解説書 ウィキクォートで引用句集 ウィキソースで原文 コモンズでマルチメディア ウィキニュースでニュース ウィキバーシティで学習支援 Official BIPM definition of the second 独立行政法人情報通信研究機構 Java Script にて日本標準時を表示する 独立行政法人産業技術総合研究所 プレスリリース2003年6月9日 2000万年に1秒と狂わない高精度原子時計を開発 表・話・編・歴 時間 主要概念 時間 · 永遠 · 永遠に関する議論 · 不老不死 地質学的時間 · 歴史 · 過去 · 現在 · 未来 · 未来学 単位と規格 クロノメトリー · UTC · UT · TAI · 秒 · 分 · 時 · 恒星時 · 太陽時 · 標準時 時計 · 時計学 · 時計の歴史 · 天文時計 · クロノメーター · 日時計 · 水時計 暦 · 日 · 週 · 月 · 年 · 太陽年 · ユリウス暦 · グレゴリオ暦 · ヒジュラ暦   閏 · 閏秒 · 閏年 編年 天文年代学 · 地質時代 · 地史 · 絶対年代 · 考古学における年代測定 紀年法 · 元号 · 統治年 · 年代記 · タイムライン · 時代区分 宗教と神話 時の車輪 · カーラ · カーラチャクラ · 預言 · ドリームタイム 哲学 因果性 · 永遠主義 · 永劫回帰 · 事象 · 時間の非実在証明 · A-series and B-series · B-Theory of time 全体主義 · 4次元主義 · 部分主義 · 現在主義 · 時間的有限論 · 時間的部分 自然科学 物理学における時間 · 時空 · 絶対時間と宇宙 · T対称性 時間の矢 · クローノン · 4次元 · プランク時代 · プランク時間 · 時間領域 相対性理論 · 時間の遅れ · 重力時間の遅れ · 座標時 · 固有時 生物学 時間生物学 · 概日リズム 心理学 精神時間測定 · 反応時間 · 時間感覚 · 見かけ上の現在 社会学と人類学 未来学 · ロング・ナウ協会 · 時間規律 · 生活時間統計 経済学 経済におけるニュートン時間 · お金の時間的価値 · 時間貯蓄 · 時間通貨 関連記事 空間 · 持続時間 · タイムカプセル · タイムトラベル · 拍子記号 · システム時刻 · メートル時間 · 16進時間 · その日を摘め · 時は飛ぶ 表・話・編・歴 時間の測定と規格 主要項目 時間 · クロノメトリー · 時間の比較 · 計測学 国際規格 UTC · UT · TAI · ISO 31-1 · DUT1 · 閏秒 · IERS · 地球時 · 地心座標時 · 太陽系重心座標時 · 常用時 · 午前と午後 · 24時間制 · ISO 8601 · 国際日付変更線 · 太陽時 · 標準時 · 夏時間 · UTCオフセット 過去の規格 暦表時 · 太陽系力学時 · グリニッジ標準時 · グリニッジ子午線 物理学 時空 · クローノン · 宇宙年 · プランク時代 · プランク時間 · T対称性 · 相対性理論 · 時間の遅れ · 重力時間の遅れ · 座標時 · 固有時 · 時間領域 · 連続信号 · 離散時間 · 絶対時間と宇宙 年代学 時計 · アストラリウム · 天文時計 · 原子時計 · 砂時計 · クロノメーター · 電波時計 · 日時計 · 腕時計 · 水時計 · 時計の歴史 · 時間方程式 · 複雑化 · 30分砂時計 暦 天文学暦 · ユリウス暦 · グレゴリオ暦 · ヒジュラ暦 · 太陰太陽暦 · 太陽暦 · 太陰暦 · エパクト · 閏 · 閏年 · 太陽年 · 分点 · 至点 · 七日週 · 曜日 · 曜日計算 · 日曜文字 考古学と地質学 国際層序委員会 · 地質時代 · 考古学における年代測定 天文学 核時間尺度 · 歳差 · 恒星時 · 銀河年 単位 秒 · 分 · 時 · 日 · 週 · 半月 · 月 · 年 · 10年紀 · 世紀 · ミレニアム · 瞬間 · 5年紀 · 時代、世紀 · 揺れ · タイド 関連記事 編年 · 持続時間 · システム時刻 · メートル時間 · 精神時間測定 · お金の時間的価値 · タイムキーパー 表・話・編・歴 SI単位 基本単位 アンペア · カンデラ · ケルビン · キログラム · メートル · モル · 秒 組立単位 ベクレル · クーロン · セルシウス度 · ファラド · グレイ · ヘンリー · ヘルツ · ジュール · カタール · ルーメン · ルクス · ニュートン · オーム · パスカル · ラジアン · ジーメンス · シーベルト · ステラジアン · テスラ · ボルト · ワット · ウェーバ 併用単位 統一原子質量単位 · 天文単位 · 日 · デシベル · 度 · 電子ボルト · ヘクタール · 時間 · リットル · 分 · 分 (角度) · ネーパ · 秒 (角度) · トン 原子単位系 · 自然単位系 関連項目 SI接頭辞 · 単位系 · 単位の換算一覧 Category:SI基本単位