1秒の ながさは、むかしは 地球の うごきを もとに きめられて いました［1］。

それが 1967年に、セシウム133と いう げんしが 出す ふるえを 9,192,631,770回 かぞえた 時間、に かわりました［1］。いまは、その ふるえの 回数を 1秒に つき 9,192,631,770回と きめる 言い方に なって います。

この ふるえを つかった とけいは、1955年に、イギリスの エッセンと パリーが つくって います。300年に 1秒しか ずれない くらいの 正しさでした［2］。

でも、いまは もっと 正しく はかれる とけいが 出て きました。

1秒という長さは、昔は地球の動きにもとづいて決められていました。1967年の国際度量衡総会（CGPM）は、それをやめて、セシウム133原子の基底状態にある2つの超微細準位のあいだの遷移に対応する放射の、9,192,631,770周期の長さを1秒と定めました［1］。今の定義はこれを言いなおしたもので、セシウム133のふるえの回数（周波数）が9,192,631,770Hzになるよう固定する、という形で表されます。

原子が出す光やマイクロ波のふるえは、どの原子でもいつでも同じです。それを数えるのが、原子時計です。最初のセシウム原子時計は1955年、イギリスのエッセンとパリーが国立物理学研究所でつくり、300年に1秒ほどという正しさでした［2］。

この決め方が、50年以上使われています。それでも置きかえの話が出るのは、もっと正確な時計が現れたからです。

1967年の第13回CGPM決議1は、秒を「セシウム133原子の基底状態の2つの超微細準位間の遷移に対応する放射の9,192,631,770周期の継続時間」と定義し、天文（地球の運動）にもとづく従来の定義を置きかえた［1］。これは放射の周期数で表した1967年の書き方で、現行の定義は同じ遷移の周波数ΔνCsを9,192,631,770Hzと固定する形で表される。

この定義を実際に使える水準にしたのが、1955年に英国国立物理学研究所（NPL）のエッセンとパリーがつくったセシウム原子時計である。精度は約300年に1秒とされた［2］。原子の遷移周波数は原子の種類だけで決まるため、地球の自転のむらに左右されない。

ところが現在では、この定義の「最良の実現」であるセシウム噴水時計より、系統不確かさが約2桁小さい光周波数標準がいくつか現れている［4］。定義を変えるべきか、という議論はここから始まる。

セシウムの とけいが つかう ふるえは、でんぱの なかまです。光の とけいは、もっと はやく ふるえる 光を かぞえます。

その ふるえの 数は、セシウムの 数万倍です［3］。

ものさしで たとえると、めもりが とても こまかい ものさしです。めもりが こまかければ、ちいさな ちがいも よみとれます。いつかは セシウムの 1000倍 ただしく なる かもしれない、とも いわれて います［3］。ただし、これは 先の 見とおしで、今の すう字では ありません。

セシウム原子時計が使うのは、周波数がおよそ9.2GHzのマイクロ波です。光時計は、その数万倍も高い周波数の光を使います［3］。

NIST（アメリカ国立標準技術研究所）は、これを「目盛りの細かい定規」にたとえています。目盛りが細かければ、同じ長さでも、より小さな差まで読みとれます。BIPMは、光周波数標準のいくつかは、現行定義の最良の実現であるセシウム噴水時計よりも不確かさが約2桁小さい、と説明しています［4］。

さらに先には、セシウムの1000倍の正確さになりうるという見通しもあります［3］。ただしこれは将来の見通しで、すでに達成した値ではありません。

「数万倍」は周波数の倍率で、正確さの倍率ではありません。周波数が高いから、正確さがそのまま数万倍になるわけではないのです。

セシウムの遷移はマイクロ波領域（約9.2GHz）にあるのに対し、光時計は光領域（数百THz）の遷移を使い、周波数はセシウムの数万倍になる［3］。NISTはこれを、目盛りの細かい定規にたとえている。同じ時間を、より細かい単位に分けて読めるからである。

ただし、周波数の倍率と精度の倍率は別の量である。精度を決めるのは、遷移の周波数のほか、外部の電場・磁場・温度・原子の運動などによる周波数のずれをどれだけ抑えられるかだ。BIPMは、光周波数標準のいくつかが、セシウム噴水時計より系統不確かさで約2桁小さいと説明し［4］、NISTは将来的にセシウムの1000倍の正確さにもなりうるとする［3］。

それほど精度の高い時計は、時計の使い道を変えうる。たとえば、時間の進み方の差を、高さの違いとして読みとれる。

とても こまかく はかれる とけいを つかうと、おどろく ことが おきます。

りけん・東京大学・しまづせいさくしょの けんきゅうでは、東京スカイツリーの 下と、450mの てんぼうだいに、光の とけいを おきました。すると、てんぼうだいの ほうが、すこし はやく すすみました［8］。

この とけいの せいどなら、たった 数センチ たかさが ちがう だけでも、じかんの すすみ方の ちがいを 見わけられます。スカイツリーの 450mの ちがいとは べつの、とけいの 力の はなしです［8］。

このように、光の とけいは、1秒を きめる ためだけの ものでは ありません。

理化学研究所・東京大学・島津製作所の研究チームは、2020年に、東京スカイツリーの地上階と450mの展望台に光格子時計を1台ずつ置き、時間の進み方を比べました。展望台のほうが、ほんの少し速く進みました［8］。

一般相対性理論によれば、重力が弱い高い場所ほど時間は速く進みます。18桁の精度を持つこの時計の精度なら、数センチの高さの違いによる時間差も見分けられます［8］。これは時計の能力の説明で、450mの実験とは別の話です。

光時計は、1秒をつくるだけでなく、重力の差を測る道具にもなります。そんな時計が何種類もあって、置きかえ先を選ぶことになりました。

理研・東京大学・島津製作所は、18桁の精度の光格子時計を東京スカイツリーの地上と450m展望台に設置し、一般相対性理論が予測する時間の進みの差を観測した（Nature Photonics 2020）［8］。18桁は、約100億年に1秒のずれに相当する水準である。

この精度では、数センチの「日常的な高さの違い」でも、重力による時間の遅れが測れる［8］。これは時計の精度の説明で、450mの実験とは別の話である。

これは、秒の定義の議論の一部でもある。時計の精度が上がるほど、重力や高さの影響を無視できなくなり、時計を比べるときの条件づけが重要になるからだ。では、候補になる原子は何種類あり、どう組み合わせるのか。

こうほの げんしは、いくつも あります。ストロンチウム、イッテルビウム、アルミニウムの イオン、ルテチウム など、たくさんです［3］。

えらび方は、おおきく 3つ あります［4］。

ひとつめは、1つの げんしに きめる やり方。かんたんですが、どの げんしか、みんなで なっとく する ひつようが あります。

ふたつめは、いくつかの とけいの けっかを、おもみを つけて まぜる やり方。ものさしを 何本か つかって、へいきんを とる ような ものです。おもみは、あとで みなおせます。

みっつめは、ぶつりの きまった 数に もとづく やり方ですが、いまは まだ ずれが おおきすぎます。

候補の原子は複数あります。ストロンチウム、イッテルビウム、ルテチウムなどの原子や、アルミニウム、ストロンチウム、イッテルビウムのイオンです［3］。BIPMのニュースは、イッテルビウム171とストロンチウム87を、定期的に報告される主な候補として挙げています。

BIPMは、選択肢を大きく3つに分けています［4］。

1つめは、ある1つの光学遷移でセシウムを置きかえる方法です。簡単ですが、どの原子にするかについて、世界の合意が要ります。2つめは、複数の光学遷移の重みつき平均で定義する方法で、重みは更新できるので、技術の進歩を取りこめます。単純な平均ではなく、重みをつけた平均です。3つめは、基礎物理定数にもとづく方法ですが、今は不確かさが大きすぎて現実的ではありません。

NISTは、アルミニウムイオン時計について、温度の影響が小さい点が有望とも説明しています［3］。

BIPMの説明によれば、選択肢は3つである［4］。第1は、単一の光学遷移でセシウムを置きかえる案で、実装は簡単だが、どの原子を選ぶかという合意が必要になる。第2は、複数の光学遷移の重みつき平均（幾何平均）で定義する案で、重みを更新できるため、技術の進歩を取りこめる。第3は基礎物理定数にもとづく案だが、現状の不確かさが数桁大きく、現実的ではない。

候補の原子・イオンには、ストロンチウム87・イッテルビウム171の光格子時計のほか、水銀、イッテルビウムイオン、アルミニウムイオン、ルテチウムなどがある［3］。BIPMのニュースでは、171Ybと87Srが定期的に報告される主な候補とされる。NISTは、アルミニウムイオンが温度の影響を受けにくい点を有望とする［3］。

では、単一案と複数案の、どちらがより良いのか。そもそも、何を満たせば「置きかえてよい」といえるのか。

とりかえる には、いくつかの じょうけんが あります。

BIPMは、いまの せいかくさより、すぐに 10〜100倍 よく なる ことと、セシウムの 1秒と つながって いる ことを あげて います［4］。ほかにも、光の とけいが、せかいの 時間を きめる しごとに、くりかえし やくだって いる ことが ひつようです［7］。

アメリカの NISTは、3つ いじょうの けんきゅうじょで たしかめて、160おく年に 1秒より すくない ずれで おなじ けっかが 出る ことを あげて います［3］。

2025年の じてんでは、1つの げんしか、いくつかの くみあわせか、どの げんしかの どれも、まだ きまって いません［6］。

BIPMは、置きかえに必要な条件として、新しい定義がすぐに10〜100倍の改善をもたらすこと、セシウム定義との連続性が保たれること、光時計が国際原子時（TAI）の校正に、ふさわしい不確かさで定期的に貢献することを挙げています［4］［7］。NISTは、3つ以上の研究所で検証して、約160億年に1秒未満という不確かさで結果が一致することを条件にあげます［3］。

160億年は、ビッグバン（約138億年前）からずっと動かしても1秒もずれない、という水準です［3］。ただしこれは、NISTが挙げている条件で、国際的な正式基準はCCTFのロードマップによります。

では、今はどこまで進んだのか。2022年のCGPM決議5は、2026年の第28回総会に、好ましい原子（または組み合わせ）の選び方を提案すること、2030年の第29回総会で新定義の採択をめざすことを促しました［5］。ただし2025年のCCTF勧告は、単一か複数かも、どの原子かも、合意に達していないとしています［6］。

基準の一部は、まだ遠い状態です。たとえば、同じ種類の時計を別の研究所で比べたときの不確かさが5×10⁻¹⁸未満、という条件は未達成です。それでも、国際協力で2030年までに達成できそうだと書かれています［6］。採択は、条件しだいで2030年かそれ以降です［7］。

BIPMが必須とする条件は、新定義が直ちに10〜100倍の改善をもたらすこと、セシウム定義との連続性を保つこと、光周波数標準が国際原子時（TAI）の校正に適切な不確かさで定期的に貢献することである［4］［7］。NISTの説明はやや具体的で、3つ以上の研究所での検証と、約160億年に1秒未満の不確かさでの一致を挙げる［3］。160億年は、ビッグバン（約138億年前）から動かしても1秒もずれない水準にあたる。ただしNISTの基準は同機関の説明であり、国際的な正式基準はCCTFロードマップを優先して読む必要がある。

では、決定までの進み具合はどうか。2022年のCGPM決議5は、2026年の第28回総会に、好ましい原子または複数の原子の選び方の提案を、2030年の第29回総会で新定義の採択をめざすよう促した［5］。ところが2025年のCCTF勧告24-3は、単一原子か複数原子の組み合わせか、またどの原子を選ぶかのいずれにも、まだ合意がないとする［6］。

基準のいくつかも、まだ達成されていない。同種の時計を別の研究所で比べたときの不確かさ5×10⁻¹⁸未満という条件がその例で、勧告は国際協力により2030年までに達成できる見込みとする［6］。採択は2030年「またはそれ以降」と、条件の達成しだいとされる［7］。また、セシウム噴水時計は、再定義後の移行期にも必要とされている［6］。

光の とけいの なかで、日本の 人が かんがえた ものが あります。「ひかりこうしとけい」です。東京大学の かとりひでとしさんが かんがえました［10］。

日本の NICTと さんそうけんの ひかりこうしとけいは、せかいの 時間を きめる しごとへの やくわりで、せかい全体の はんぶん いじょう（54%）を しめて います。これは 2022年の じてんの すう字です［10］。

2025年には、NICTと フランスの パリ天文台が、ひとつの げんしで きめる あんと、いくつかを まぜる あんを、グラフで くらべる 方ほうを はっぴょうしました［9］。まぜる あんは、くわしい 人でも わかりにくい、という こまりごとが あったからです。

光格子時計は、東京大学の香取秀俊さんが考えた方式です。2022年の時点の資料では、日本のNICT（情報通信研究機構）とNMIJ（産業技術総合研究所）の光格子時計が、国際原子時への貢献で世界の過半（54%）を占めていました［10］。ストロンチウムは2006年、イッテルビウムは2012年に、「秒の二次表現」として採択されています。

2025年には、NICTとフランスのパリ天文台が、再定義案を比べる新しい方法を発表しました（Metrologia、2025年11月14日）［9］。単一原子（ストロンチウム、イッテルビウムなど）の案と、複数原子の重みつき案を、周波数の値の空間のグラフで、直感的に見くらべられるようにしたものです。複数原子の案は、専門家にも理解しにくい、という問題がありました［9］。

この方法が、実際の選び方にどう使われるかは、まだこれからの話です。それでも、合意づくりの話し合いを、同じ図を見ながら進める助けになりそうです。

光格子時計は香取秀俊（東京大学）が考案した方式で、NICTと産総研（NMIJ）の光格子時計は、2022年時点の資料で、国際原子時への貢献の世界の過半（54%）を占める［10］。ストロンチウムは2006年、イッテルビウムは2012年に秒の二次表現として採択され、再定義の候補の足場になっている。

2025年にはNICTとパリ天文台が、①単一原子（ストロンチウム・イッテルビウムなど）と②複数原子（重みつき）の再定義案を、周波数の値の空間のグラフで直感的に比較する方法を発表した（Metrologia、2025年11月14日）［9］。②は専門家にも理解しにくいとされ、グラフで比較しやすくする方法として発表された［9］。

議論の難しさは、技術の優劣だけでなく、合意の作り方にもある。単一案は簡単だが原子選びの合意が要り、複数案は技術の進歩を取りこめる反面、仕組みが分かりにくい［4］。見くらべる道具が増えることは、その合意づくりを助ける。

とけいの はりや スマホの びょうを 見ながら、こころの なかで「いち、に」と かぞえて みましょう。10かい かぞえて、ほんとうの 10びょうと くらべます。

かんたんに ずれて しまいます。それを 光の とけいは、とても こまかく そろえて います。

げんしを かえても、ふだんの 時計は ほとんど かわらない、と BIPMは せつめい して います［4］。つぎの げんしは なにに なるのか、まだ だれも しりません。そこで、10びょうを かぞえる あそびを 3かい くりかえして、ずれが 毎かい 同じ むきか くらべて みましょう。

時計の秒針や、スマホの秒表示を見ながら、頭の中で「いち、に」と10回数えてみましょう。本当の10秒とくらべると、少しずれるはずです。そのずれを、光時計は桁ちがいに小さく抑えています。

定義が変わっても、日常の時刻にはほとんど影響しない、とBIPMは説明しています。セシウム時計も、再定義のあとは「秒の二次表現」として使い続けられます［4］。

次の原子が何になるのかは、2026年に予定される第28回CGPMや、2030年に向けた議論で動いていきます。10秒数えるのを3回くりかえして、ずれがいつも同じ向きか、毎回ばらばらか見くらべてみましょう。

定義が変わっても、日常の時刻への影響はほとんどないとBIPMは説明している。セシウム時計は再定義後も秒の二次表現として使える［4］。変わるのは、国家標準を決める研究所の側の道具立てである。

この記事は2025年の資料までに基づく。2026年に予定されている第28回CGPMで、単一か複数か、どの原子かの議論が進むかどうかが次の節目になる。

原典に当たるなら、BIPMの秒の再定義に関するFAQ（英語）と、2025年のCCTF勧告24-3が出発点になる［4］［6］。NISTの「The future of the second」も、条件の違いを読みくらべる材料になる［3］。