[論文レビュー] Time in the 10,000-Year Clock

Danny Hillis, R. L. Seaman+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 13, 2011

Geophysics and Gravity Measurements参考文献 7被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、太陽と同期することで10,000年間稼働するように設計された機械式時計、すなわち10,000年時計の時刻管理システムについて詳述している。このシステムは、機械式振り子時刻と地球の変動する自転を調停するため、5種類の時刻体系—振り子時刻、補正なし太陽時刻、補正済み太陽時刻、表示用太陽時刻、およびオレリー時刻—を用いることで、太陽時刻、暦時刻、天体的時刻の長期間にわたる正確な追跡を可能にしている。

ABSTRACT

The Long Now Foundation is building a mechanical clock that is designed to keep time for the next 10,000 years. The clock maintains its long-term accuracy by synchronizing to the Sun. The 10,000-Year Clock keeps track of five different types of time: Pendulum Time, Uncorrected Solar Time, Corrected Solar Time, Displayed Solar Time and Orrery Time. Pendulum Time is generated from the mechanical pendulum and adjusted according to the equation of time to produce Uncorrected Solar Time, which is in turn mechanically corrected by the Sun to create Corrected Solar Time. Displayed Solar Time advances each time the clock is wound, at which point it catches up with Corrected Solar Time. The clock uses Displayed Solar Time to compute various time indicators to be displayed, including the positions of the Sun, and Gregorian calendar date. Orrery Time is a better approximation of Dynamical Time, used to compute positions of the Moon, planets and stars and the phase of the Moon. This paper describes how the clock reckons time over the 10,000-year design lifetime, in particular how it reconciles the approximate Dynamical Time generated by its mechanical pendulum with the unpredictable rotation of the Earth.

研究の動機と目的

• 10,000年間にわたり正確な時刻を維持できる機械式時刻計画を設計すること。
• 地球の不規則な自転と安定した機械的時刻基準を調和させること。
• 長期間にわたり人間が利用可能な、太陽時刻、暦時刻、天体的時刻の複数の時刻基準を提供すること。
• 太陽との同期と機械的補正を用いることで、外部補正への依存を最小限に抑えること。
• 数千年にわたって市民時刻と天体力学の両方を追跡できるシステムを構築すること。

提案手法

• 時計は機械式振り子を用いて振り子時刻を生成し、その値を時間差の式を用いて補正することで補正なし太陽時刻を算出する。
• 補正なし太陽時刻は、太陽に同期したメカニズムによって機械的に補正され、補正済み太陽時刻が得られる。
• 表示用太陽時刻は、時計を巻くたびに更新され、補正済み太陽時刻と一致するよう調整される。
• 表示用太陽時刻は、太陽の位置とグレゴリオ暦の日付を表示するための駆動源として機能する。
• オレリー時刻は補正済み太陽時刻から導出され、月、惑星、星の正確な位置を計算する。
• システムは電子部品を一切使用せずに、機械的リンクとギア列を用いて動的時刻の近似を維持する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 地球の変動する自転にかかわらず、完全に機械式のシステムが10,000年間にわたり正確な時刻を維持できるか？
• RQ2 外部入力の最小限化を図りながら、振り子時刻と太陽時刻を調和させる機械的手段とは何か？
• RQ3 1つの機械的システムが、数千年にわたって市民時刻、太陽時刻、天体力学の両方を同時に追跡できるか？
• RQ4 電子的または原子時刻基準を一切使用せずに、長期間の正確な時刻を維持するための設計原則とは何か？
• RQ5 時計が10,000年間にわたって、その時刻表示が天体的出来事と同期したまま保たれる仕組みは何か？

主な発見

• 時計は太陽と機械的に同期することで、外部補正への依存を低減し、長期的な時刻精度を達成している。
• 振り子時刻、補正なし太陽時刻、補正済み太陽時刻、表示用太陽時刻、オレリー時刻という5段階の時刻体系により、多スケールの時刻管理が可能になっている。
• 表示用太陽時刻は巻き上げのたびに更新され、補正済み太陽時刻と一致するよう調整されるため、太陽と常に同期している。
• オレリー時刻のコンポーネントは、動的時刻の安定した近似値を提供し、惑星および月の位置を正確に予測可能にしている。
• 機械的補正システムは、物理的なギア機構を用いて、時間差の式と地球の自転の不規則性を補正している。
• 本システムは、電子部品や原子時刻基準を一切使用せず、高精度で長期間にわたる時刻測定が可能であることを実証している。