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zoom RSS 単位:京とP(ペタ)を考えてみる(その1)

<<   作成日時 : 2018/11/02 13:17   >>

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●若い頃は、重さや長さの単位は、「キロ」で十分事足りていた。
若い頃は、重さや長さの単位は、生活するうえでは「キロ」で十分事足りていて、その上の単位は無縁でした。
もう少し年数がたち、重さや長さ以外にも、キロカロリーやキロバイトの言葉も聞くようになった。

コンピュータの進化に伴い、キロからメガへ、メガからギガへ、ギガからテラへと単位の接頭語が大きくなってきた。
現時点では、生活上は、ハードディスクの容量が数テラバイトの接頭語の単位で事足りているようだが、数年後には、その上の「P・ペタ」が身近な場面で登場してくるかもしれない。

日本のスーパーコンピュータ京は、1秒間に「京」回の計算能力があることに由来する。
ペタや京は一体どのくらいの大きさなのかを考えてみたい。

●国際基本単位は7つ
@長さ(メートル・m)、A質量(キログラム・kg)、B時間(秒・s)、C電流(アンペア・A)、D温度(ケルビン・K)、E光度(カンデラ・cd)、F物質量(モル・mol)の7つだ。

・@〜Fの基本的な単位のうち、最も我々の生活上不可欠な単位は、@〜Bの長さ、質量、時間の3つだ。
もちろん、C〜Fも必要なことは間違いないし、それ以外の単位も必要だが、あえて過去・現在を通じて欠かせないものに絞ると、やはり@〜Bになる。

●長さ、質量、時間の定義
@長さ(m、メートル)〜真空中で1秒の299 792 458分の1の時間に光が進む行程の長さ
A質量(kg、キログラム)〜国際キログラム原器の質量
B時間(s、秒)〜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
と、定義されている。

※@〜Bの定義のうち、Aについては、2019/05/20に新定義が施行される(予定)。同時にC電流、D温度、F物質量の定義も同時に新定義となる。

※新しい質量の定義は、「プランク定数の値を正確に6.62607015×10^34ジュール・秒」と定めることにより、過去の定義と異なり間接的に示されることになります。ジュール・秒は「Js」で、「m^2 kg s^-1」とも表せる。この定義の数値は、各国の研究機関から報告されたプランク定数とアボガドロ定数から統計的に処理した結果の値であり、日本も大きく貢献しており、初めて日本の成果が単位の定義になったと考えてもいいと思います。

※「質量」と「重さ」は異なることに注意してください。「重さ」は測定する場所で値は異なりますが、「質量」は場所にかかわりなく普遍の値です。

●質量の定義は原器だった
直ぐ上の定義の説明で見ていただきたいが、A質量だけ古臭い定義の「国際キログラム原器の質量」となっている。
私が、小学生のころは、長さも「国際メートル原器」で定義されていた。しかし、これは1960年に光の波長(決められた条件下のクリプトン86の波長の1650763.73倍)に、1983年に光の速さ(現行の定義)に改正されています。
原器を用いている質量の定義も、1875年にメートル条約が成立して以来144年で、キログラム原器が各国に配布された1889年以来130年を経て、やっと国際単位系は「原器」から解放されることになります。

質量の定義に用いられた原器は、来年の5月には役割を終え、歴史的な遺産としての重要な役割へと変わることとなります。

※ちなみに、過去に役割を終えた日本に配布されていた日本国メートル原器は重要文化財に指定され、大切に(産業技術総合研究所・計量標準総合センターで)保管されています。

●単位の基準を決めるのは誰?
上の方で、「2019/05/20に新定義が施行される」と「1875年にメートル条約が成立」の表現が出てきますが、5月20日は世界計量記念日になっています。
1875年5月20日にメートル条約が成立した日だったんです。
来年のこの日に合わせて新定義が施行され、すべての基本単位が不変・普遍と考えられる定数あるいは特性値で定義されるという、歴史上の記念すべき非常に意味のある日になる・・・のですね。

最終的に単位の基準を決めるのは、「国際度量衡総会」で通常4年に1度開催されています。
4年に1度はオリンピックみたいですが、今年がその開催の年になっています。
事務局は「国際度量衡局」で、パリ近郊にあります。
ここは、当然、フランス国内ですが、各国大使館と同様に治外法権となっていて、フランスの政府でも勝手なことは出来ない場所です。
2018年11月に開催される第26回「国際度量衡総会」で承認されれば、来年5月から施行の予定になっています。

※前回の第25回2014年開催「国際度量衡総会」で、2018年総会で4基本単位の新定義採択目標を承認。
第24回2011年開催で、A質量、C電流、D温度、F物質量の4基本単位を将来改定することを承認。

●7つの基本単位以外の単位
7つの基本単位以外にも、これらを構成要素とする集合と、20個の接頭語やそれらの10の整数乗倍の大きさを表す倍量・分量単位があります。

・平面角(ラジアン・rad)、立体角(ステラジアン・sr)、周波数(ヘルツ・Hz)、力(ニュートン・N)、圧力・応力(パスカル・Pa)、エネルギー・仕事・熱量(ジュール・J)、工率・放射束(ワット・W)、電荷・電気量(クーロン・C)、電位差・電圧・起電力(ボルト・V)、静電気量(ファラド・F)、電気抵抗(オーム・Ω)、コンダクタンス(ジーメンス・S)、磁束(ウェーバ・Wb)、磁束密度(ステラ・T)、インダクタンス(ヘンリー・H)、セルシウス温度(セルシウス度・℃)、光束(ルーメン・lm)、照度(ルクス・lx)、放射能(ベクレル・Bq)、吸収線量(グレイ・Gy)、線量当量(シーベルト・Sv)、酸素活性(カタール・kat)があります。
これらの単位は、(聞いたことの無いのもありますが)多くは電波・音波、天気予報、電気・照明器具、放射線事故などでよく耳にしている単位ですね。

・10の整数乗の接頭語としては、大きいものから・・・
ヨタ(10^24・Y)、ゼタ(10^21・Z)、エクサ(10^18・E)、ペタ(10^15・P)、テラ(10^12・T)、ギガ(10^9・G)、メガ(10^6・M)、キロ(10^3・k)、ヘクト(10^2・h)、デカ(10^1・da)が決められています。
さらに、小さいものは・・・
デシ(10^-1・d)、センチ(10^-2・c)、ミリ(10^-3・m)、マイクロ(10^-6・μ)、ナノ(10^-9・n)、ピコ(10^-12・p)、フェムト(10^-15・f)、アト(10^-18・a)、ゼプト(10^-21・z)、ヨクト(10^-24・y)

※キロの記号は小文字の「k」であることに注意してください。キロ以下はすべて小文字です。マイクロはギリシア文字であることに注意。

・国際単位と併用されるが、国際単位ではないもの(これを非SIと言う)
分(min)、時(h)、日(d)、度(°)、分(′)、秒(″)、リットル(l、L)、トン(t)、天文単位(au)、電子ボルト(eV)などがあります。
※「分と秒」は時間を表す記号と角度を表す記号とでは異なることに注意(60分の1の意味では同じ)。度も温度の「Kや℃」とは異なる。
※リットルだけ「l、L」の2つの記号が併用されているが、数字の「1」と混同を避けるための当面の措置。


※長くなってきたので・・・
この続きは、「単位:京とP(ペタ)を考えてみる(その2)」に書きます。
なかなか京とペタの話にならないみたい・・・

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●基本単位が不変・普遍と考えられる定数あるいは特性値で定義 前回の記事で、「来年のこの日に合わせて新定義が施行され、すべての基本単位が不変・普遍と考えられる定数あるいは特性値で定義されるという、歴史上の記念すべき非常に意味のある日になる・・・のですね。」と書きましたが、7つの基本単位の中で、その意味についてですが、・・・ (前回の記事「単位:京とP(ペタ)を考える(その1)」のリンクはこちら) ...続きを見る
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コメント(2件)

内 容 ニックネーム/日時
はじめまして。
気持ち玉をありがとうございます。
単位って、面白いですね。
知れば知るほど疑問も出ます…
今後ともよろしくお願いします。
TAMO
2018/11/03 00:29
TAMOさんへ、コメントありがとうございます。
私自身、何となく知っていたつもりでしたが、この記事を書く際に色々な資料で確認してみると、改めて知らなかったことも多いことに気付きました。色々なノートにあちこち散らばってメモっていたことを整理しまとめる意味でブログに書きました。(まだ続きますが)またよろしくお願いします。
わけい
2018/11/04 19:07

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