スマートフォンで自分の居場所が分る理由 - ウィルトン L. ヴァーゴ
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0:07 - 0:10スマホはどうやって居場所を
正確に計算しているのでしょうか? -
0:10 - 0:14その答えは上空約2万kmを飛んでいる
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0:14 - 0:18量子力学の原理に従う原子時計によって
時を刻みながら周回する -
0:18 - 0:21軌道衛星にあります
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0:21 - 0:22ふーう
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0:22 - 0:24説明していきましょう
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0:24 - 0:29まず 場所を特定するのに
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0:29 - 0:32なぜ 衛星の時刻が
それほど重要なのでしょうか? -
0:32 - 0:34まず初めにスマホは
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0:34 - 0:38衛星との距離を
決定する必要があります -
0:38 - 0:41各衛星は常に
光速で伝わる電波信号を -
0:41 - 0:46宇宙からスマホに向けて送信しています
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0:46 - 0:49スマホは信号の到着時間を記録し
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0:49 - 0:52距離 = c × 時間という
シンプルな公式を使って -
0:52 - 0:58衛星までの距離を計算します
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0:58 - 1:03cは光の速度
時間は 信号が到達するまでの時間です -
1:03 - 1:04しかし ここで問題が生じます
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1:04 - 1:06光の速度はあまりにも速すぎるのです
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1:06 - 1:10もし 時間を秒単位で丸めると
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1:10 - 1:13地球上の各地や
そこからはるかに離れた場所ですら -
1:13 - 1:16衛星からすべて同じ距離に
あるように見えます -
1:16 - 1:20つまり 数十メートル単位で
距離の計算を行うには -
1:20 - 1:24発明史上最高の時計が必要になるのです
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1:24 - 1:28そこで原子時計の登場です
これは非常に正確で -
1:28 - 1:31今から3億年間動かしたとしても
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1:31 - 1:36進みや遅れは1秒にもなりません
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1:36 - 1:39原子時計は量子力学に従い動きます
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1:39 - 1:42時計というものは
一定の周期が必要です -
1:42 - 1:45つまり 時計は時間を区切る
単位を設定するために -
1:45 - 1:49同じ動きを繰り返す必要があります
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1:49 - 1:53お爺さんの古時計が
重力の作用のもと -
1:53 - 1:56振り子が一定の間隔で左右に
振れることに依存しているように -
1:56 - 1:58原子時計の場合は
1つの原子が持つ -
1:58 - 2:032つのエネルギーレベル間の
遷移により維持されているのです -
2:03 - 2:06ここで量子力学が関わってきます
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2:06 - 2:09量子力学によると原子には
エネルギーがあるものの -
2:09 - 2:13そのエネルギー量は
任意の値をとることはできません -
2:13 - 2:18原子のエネルギーレベルは
厳密に定められた一連の値に限定されます -
2:18 - 2:20これを量子と呼びます
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2:20 - 2:24分かりやすくするため
高速道路で運転しているとしましょう -
2:24 - 2:26車のスピードを上げると普通は
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2:26 - 2:32例えば 時速30kmから連続的に
時速110kmに加速します -
2:32 - 2:35量子力学自動車の場合は
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2:35 - 2:38連続的に加速するのではなく
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2:38 - 2:44瞬間的に別の速度にジャンプします
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2:44 - 2:491つの原子が別のエネルギーレベルに
遷移する時 -
2:49 - 2:50量子力学によれば
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2:50 - 2:55このエネルギーの差は 固有周波数に
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2:55 - 2:57ある定数を掛けたものに等しくなります
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2:57 - 3:03エネルギーの変化分は
プランク定数と呼ばれる定数に -
3:03 - 3:05周波数を掛けたものと等しくなります
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3:05 - 3:10時計にはこの固有周波数が必要です
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3:10 - 3:16GPS衛星はセシウムやルビジウム原子を
周波数標準とします -
3:16 - 3:19セシウム133の場合
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3:19 - 3:29固有周波数は9,192,631,770 Hzで
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3:29 - 3:32つまり 毎秒90億周期です
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3:32 - 3:34随分と速い時計ですね
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3:34 - 3:36どんな腕利きの時計職人がいたとしても
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3:36 - 3:38振り子時計やネジ巻式時計
クオーツ時計では -
3:38 - 3:43どうしても共振にずれが生じます
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3:43 - 3:47しかし セシウム133の原子の固有周波数は
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3:47 - 3:51どれもまったく同じなのです
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3:51 - 3:53この原子時計のおかげで
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3:53 - 3:57誤差10億分の1秒の精度で
時間がわかり -
3:57 - 4:02これで衛星からの
正確な距離がわかります -
4:02 - 4:07ここで私達は地球上にいるという事を
一旦忘れてみましょう -
4:07 - 4:10衛星から一定の距離にいることは
分かっています -
4:10 - 4:13つまり 衛星を中心とする球面上の
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4:13 - 4:16どこかにいるという訳です
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4:16 - 4:182機目の衛星とあなたの距離を測れば
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4:18 - 4:212つの球面の重なりが得られます
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4:21 - 4:22これを続けていき
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4:22 - 4:244箇所から測定を行って
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4:24 - 4:27アインシュタインの相対性理論で
微調整をすると -
4:27 - 4:34宇宙でのあなたの居場所を
特定できるのです -
4:34 - 4:35それに必要なのは:
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4:35 - 4:38数十億ドルもかけた
衛星ネットワーク -
4:38 - 4:40振動するセシウム原子
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4:40 - 4:41量子力学
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4:41 - 4:42相対性理論
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4:42 - 4:43スマートフォン
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4:43 - 4:46そして あなたです
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4:46 - 4:47これで万全です
- Title:
- スマートフォンで自分の居場所が分る理由 - ウィルトン L. ヴァーゴ
- Speaker:
- Wilton L. Virgo
- Description:
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スマートフォンのGPSロケーションアプリは、ルート検索や近隣のイベントを探すのに便利です。 ところでスマホはどのように皆さんの居場所を計算しているのでしょうか?
ウィルトン L. ヴァーゴは、1万9千3百km上空を飛んでいる、量子力学の原理に従う原子時計によって時を刻みながら周回する軌道衛星に、その答えがあることを 説明します。レッスン: ウィルトン L. ヴァーゴ アニメーション: ニック・ ヒルディッチ
レッスンの全編はこちら: http://ed.ted.com/lessons/how-does-your-smartphone-know-your-location-wilton-l-virgo - Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TED-Ed
- Duration:
- 05:04
Yuko Yoshida edited Japanese subtitles for How does your smartphone know your location? | ||
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Yuko Yoshida approved Japanese subtitles for How does your smartphone know your location? | ||
Tomoyuki Suzuki accepted Japanese subtitles for How does your smartphone know your location? | ||
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