ありがとう。物理学者諸君。 - 相対性理論を学びたい人のために

　現在２０２１年５月２１日２０時０３分である。（この投稿は、ほぼ４２８９文字）

麻友「この題、どういうこと？」

私「お礼を、言ってるんだよ」

若菜「何に対してですか？」

私「世界中の物理学者達が、私のために、私でも解ける、易しい問題を、出してくれていたんだ」

麻友「それを、解いたというの？」

結弦「どういう問題なの？」

私「実は、記録が残っている」

若菜「何の記録ですか？」

私「私が、この問題を、出された日だよ」

結弦「そんな問題、あったかな」

私「ほらっ、

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私「これ、４月２８日に買った、今年の『理科年表』なんだ」

国立天文台編『理科年表２０２０』（丸善）

理科年表 2020

発売日: 2019/11/20
メディア: 単行本（ソフトカバー）

麻友「『理科年表』って言ったって、本だわ」

私「それは、分かってたんだけどね。新しい単位をきちんと確かめたくて、とうとう買ったんだ」

麻友「毎年、変わるんでしょう？」

私「麻友さんに、最新の科学を、話そうと思うと、必要になるんだ」

麻友「それで、新しいことは、分かった？」

私「買ったときは、気付かなかったんだけど、２０１８年に決まって、２０１９年から使われ出した、新しい単位系は、多分時間の単位が、近いうちにちょっと変わると思うよ」

麻友「えーっ、変えた早々、なんでまた」

私「決める方も、分かってて、暫定的に、今のにしたみたい」

麻友「どうしたら、そういうことが、分かるの？」

私「真空の透磁率（とうじりつ） ${\mu_0}$ （ミューゼロ）という数値があるんだけど、これが、今まで、

${\mu_0=4\pi \times 10^{-7} ~\mathrm{N~A^{-2}}}$ （ニュートン・パー・アンペア・スクエア）

と、定まっていたのに、それを、 ${1.000~000~000~55}$ 倍することにしたんだ。どう見ても、汚い定義だろ。こんな定義」

麻友「何か理由があったのでしょうね。太郎さんは、暫定的なものだから、と取ったけど、将来どうなるかしらね」

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　　　（２０２０年５月３日の『行ってみたくなる家』という投稿より）

麻友「問題を、解いたというと、『多分時間の単位が、近いうちにちょっと変わると思うよ』というのの、どう変わるかを、見破ったということかしら？」

私「まあ、そういうことだね。でも、この問題解くのにも、まる１年かかってしまった。今年の理科年表が、刷られる前に、気付いてあげれば、良かった。ごめんなさい」

麻友「ちょっと、ちょっと。浮かれてないで、取り敢えず、どう解いたのか、教えてよ」

私「昨日の投稿（『場の量子論を制覇しよう！』のブログの『量子力学の冒険（その１０）』の投稿）でも、

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物理学の単位は、まず秒の定義から始め、光の速さを、 ${c=299~792~458 \mathrm{m s^{-1}}}$ と定めることで、長さ（メートル）を定義している。

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と、単位に拘っている。どう考えても、汚らしい、定義を、なぜ物理学者達が、したのか？　もっと洗練された定義にできないか？　と、考えていた」

若菜「それで、どうするのですか？」

私「まず、手の内を見せよう」

真空中の光速　 ${c=299~792~458~\mathrm{m~s^{-1}}}$

真空の透磁率　 ${\mu_0 =1.256~637~062~12(19) \times 10^{-6} \mathrm{N~A^{-2}}}$

　　　　　　　 ${\mu_0/(4 \pi \times 10^{-7})=1.000~000~000~55(15) \mathrm{N~A^{-2}}}$

真空の誘電率　 ${\varepsilon_0=1/\mu_0 c^2 =8.854~187~8128(13) \times 10^{-12} \mathrm{F m^{-1}}}$

万有引力定数　 ${G=6.674~30(15) \times 10^{-11} \mathrm{N~m^2~kg^{-2}}}$

プランク定数　 ${h=6.626~070~15 \times 10^{-34} \mathrm{J~s}}$

素電荷　　　　 ${e=1.602~176~634 \times 10^{-19} \mathrm{C}}$

以上、理科年表２０２０より。

国立天文台編『理科年表２０２０』（丸善）

理科年表 2020

発売日: 2019/11/20
メディア: 単行本（ソフトカバー）

麻友「最新のは、『理科年表２０２１』じゃない？」

国立天文台編『理科年表２０２１』（丸善）

理科年表 2021

発売日: 2020/11/30
メディア: 文庫

私「本屋さんで、この部分が、去年と同じであることを、確かめてある」

若菜「お父さんが、汚い定義だと言っているのは、

真空の透磁率　 ${\mu_0 =1.256~637~062~12(19) \times 10^{-6} \mathrm{N~A^{-2}}}$

　　　　　　　 ${\mu_0/(4 \pi \times 10^{-7})=1.000~000~000~55(15) \mathrm{N~A^{-2}}}$

の部分ですね。９桁も ${0}$ が並ぶなら、思い切って、 ${1}$ にしちゃえと」

私「そういうことではなく、２０１９年までは、真空の透磁率は、

${\mu_0 =4 \pi \times 10^{-7} \mathrm{N~A^{-2}}}$

だったのだ。ほら、２０１２年（平成２４年）の、理科年表見て御覧」

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結弦「本当だ。どうして、汚くしちゃったのだろう」

若菜「それを、お父さんは、これから時間の単位を、ちょっと変えるためだと、思ったわけですね」

私「そうだ」

麻友「どうしたら、そこで、時間をいじれば良いという考えが浮かぶの？」

私「『量子力学の冒険（その５）』で、書いたように、フェムト秒分光学などというものがある。つまり、 ${1 \mathrm{fs}=1 \times 10^{-15} \mathrm{s}}$ という短さの秒が、測られている。いや、そればかりじゃない。アト秒（ ${1~\mathrm{as}=1 \times 10^{-18} \mathrm{s}}$ ）というのも、測られていると、２００８年１月の雑誌『パリティ』に、書いてある」

若菜「それは、論文誌ですか？」

私「一応、論文誌だよ。Physical Review みたいに、最新の発見が載っているわけではないけど、かなり新しい論文が、日本語に訳されて載っている」

結弦「ああ、日本語なんだ。英語の苦手なお父さんにとっては、『細胞の分子生物学』のときみたいに、日本語に訳されてから、読むんだな」

私「２００８年のが、あったのは、半分偶然なんだ。２００７年４月号が出る寸前、２００７年２月８日、栄信工業を辞めた私は、時間ができたのだから、もっと物理学を勉強しようと、物理学の雑誌『パリティ』の、年間購読を、丸善に申し込んだ。そして、２００９年３月号まで、２年間購読していた」

若菜「面白かったですか？」

私「この時期、私は、おじいさんに怪我をさせたり、ねくすとや、とらいむに行ったりと忙しくて、折角の情報源を、生かせなかった。でも、今、役に立っている」

若菜「いつも、前向きな、お父さん」

私「そういうわけで、小数点以下１８桁も、秒を正確に測らなければならない」

若菜「理科年表の秒の定義は？」

私「以下だ」

時間：秒　秒は ${\mathrm{s}}$ と表記するＳＩの時間の単位である。秒は，摂動を受けていないセシウム１３３原子の基底状態の超微細遷移周波数 ${\Delta \nu_{C_s}}$ を ${\mathrm{Hz}}$ の単位( ${\mathrm{s^{-1}}}$ と同じ単位）で表記した際の数値を ${9~192~631~770}$ と固定値とすることで定義される．

結弦「あーっ、１０桁だ。一番上の桁が９だから、１１桁近く定義できてるけど、フェムトの１５桁も、ましてや、アトの１８桁も、定義できてない」

麻友「でも、 ${9~192~631~770}$ を、 ${9~192~631~770.000~000~000}$ まで、キッカリ定義しますって言うのは、どうなの？」

私「麻友さん、さすが特待生。普通そう逃げたくなるよね。でも、そうしたら、最初に見たように、汚い定義になっちゃったんだよ。 ${9~192~631~770.000~000~000}$ の ${000~000~000}$ のところは、本当は、 ${0}$ じゃない方が、綺麗な定義になるのだった、ということなんだよ」