시간이란 무엇인가? (2)

시간이란 무엇인가? (2)

-가장 신변에서 가까운 존재의 <정체>에 최신과학이 다그친다.-

 

 

 

 

세계최고 정도(精度)의 시계가 우리들의 개념을 바꾼다.

 

그래서 이제 세계최고 정도로 <시간>을 잡는 시계가 개발되고 있다.

도쿄대학교수로 이화학연구소 초빙주임연구원이기도 한 가도리히데도시(香取秀俊) 씨가 개발하고 있는 것은 <광격자시계(光格子時計)>라는 원자시계다. 가토리 씨는 2021년 9월에 이 시계의 개발 업적으로 세계적 학술상인 브레이크스루상(Breakthrough Prize/자연과학 3부문으로 된 미국의 국제적인 학술상)을 수상했다.

 

광격자시계(光格子時計)란 어떤 것인가?

 

극히 간단히 말하자면 원자 1개를 써서 그 원자에 고유의 흡수하기 쉬운 에너지(*여기(勵起)하는 진동수)를 반복하여 정도를 높여가는 원자시계가 아니라 많은 원자를 광격자라는 상자에 정리하여 몇 만개의 원자를 써서 한꺼번에 진동을 잼으로써 <단시간에 정도가 높은 1초를 정하는>원자시계라 할 수 있다.

 

===*<여기(勵起)>

양자역학에서 원자나 분자가 밖에서 에너지가 주어져서 원래의 에너지의 낮고 안정된 상태에서 에너지의 높은 상태로 이동하는 것.)===

 

세계 최고정도를 가져오는 비밀은 3개의 포인트에 있다.

(1)현재 1초의 정의에 사용되고 있는 세슘의 원자시계에 대신하는 원자로서 가토리 씨 등의 광격자시계에 사용되는 것은 스트론튬(strontium=원자번호 38, 원소기호는 Sr）원자이다.

이 원자는 세슘원자의 여기주파수보다도 4만 배나 높은 주파수의 레저광선을 조사했을 때에 여기하기 때문에 세슘으로 재었던 1Hz 중에 다시 4만 개의 눈금을 그려진 것과 같은 것이다.

스트론튬으로 1Hz의 다름을 읽어내면 단순히 세슘보다 4계단 높은 정도를 낼 수가 있다.

 

(2) 단지 세슘원자시계로 행해지고 있는 것 같은 원자를 샘물처럼 분출시켜 거기에 레저를 대어서 여기추파수를 조사한다는 이런 방법으로는 레저가 날아오는 방향으로 간신히 향해오거나 떨어져 가거나 하는 원자도 잴 수가 있는 것이다. 그러면 구급차가 다가오거나 떨어지거나 할 때에 소리가 바뀌는 것처럼 도플러효과(Doppler effect）로 주파수가 미묘하게 변해버려서 정도가 떨어지기 때문에 측정하는 원자를 움직이지 않도록 공간상에 지탱할 필요가 있다.

그래서 가토리 씨가 개발한 것은 원자를 하나하나 포획하여 주파수가 착실히 측정할 수 있는 <광격자>라 불리는 원자의 <접시>이다.

가토리 씨가 접시를 <계란 주머니>와 비슷한 것이라고 예를 든다. 그때까지도 광격자가 원자를 포획하는 것은 찾았지만 그것을 원자시계로 응용하려고 하니 광격자의 포획이 원자의 에너지 자체를 바꾸어버려서 정확한 여기주파수를 구할 수가 없다고 하는 치명적인 문제가 있었다.

 

(3) 그래서 가토리 씨는 원자를 여기(勵起)시키는 여러 가지 에너지 준위(準位)의 조합을 철저적으로 검토하여 보았다. 그 결과 원자 본래의 여기주파수에 영향을 끼치지 않는 광격자를 만드는 조건을 찾아내어 이것을 <마법주파수>라 이름 붙였다.

마법주파수로 만든 광격자 안에 스트론튬원자를 한 번에 몇 만개나 포획하여 거기에 여기시키는 레저광을 대어가니 몇 만개의 원자의 여기주파수를 한꺼번에 잴 수가 있었다. 그 일로 가토리 씨들은 1초의 정도를 10의 18승 분의 1의 정도로 정하는 데에 성공한 것이다.

이 정도는 우주가 탄생하여서 지금까지 걸린 시간 곧 138역년이 경과하여도 겨우 0.4초밖에 틀리지 않는 정도의 시계가 되었다는 것을 의미한다.(계속됨)

 

일본어원문=時間」とは何か？ 最も身近な存在の「正体」に“最新”科学で迫る…！

출처=https://news.yahoo.co.jp/articles/1ed1a37909f4880705----