ガジェット2026年10月10日

【テクノロジー解説】光の「色」を15けたの精度ではかる:くしの歯のように等間隔にならぶ光のものさし「光周波数コム」。超高精度の時計やGPSの改良へ。光は波でもあり粒でもある(2005年ノーベル物理学賞)

光の色は、光の波がふるえる回数(周波数)で決まります。でも、目に見える光は1秒に約1000兆回もふるえるので、正確にはかるのはとてもむずかしいことでした。2005年のノーベル物理学賞は、ホール博士とヘンシュ博士による、レーザーを使った超精密な分光、とくに「光周波数コム」の技術に贈られました。くしの歯やものさしの目もりのように等間隔にならぶ光で、光の周波数を15けたの精度ではかれるようになり、超高精度の時計やGPSの改良に道をひらきました。賞の半分は、光を粒の流れとしてあつかう量子光学の土台をきずいたグラウバー博士に。

光は波でもあり、粒でもある
光の色をはかるむずかしさ
くしの歯のような光のものさし
何に役立つ?
つながるテクノロジー
まとめ

プレ男光で時間をはかるって、どういうこと?時計は原子ではかってるんじゃないの?

メル美光の「ものさし」ができて、もっと正確な時計がつくれるようになったんだって。

こんにちは、Dr. Taro です。「テクノロジー解説」、今回は光周波数コムです。2005年のノーベル物理学賞の発表と一般向け解説をもとにまとめました。

光は波でもあり、粒でもある

光は、ラジオの電波と同じ電磁波の仲間です。1850年代にマクスウェルが理論で示し、携帯電話、テレビ、ラジオなどの通信技術に生かされています
いっぽう、光のエネルギーは「光子」という粒のかたまりでやってきます。100年前にアインシュタインが、光子を吸収すると電子が飛びだすしくみを示しました
光は、波としても、粒の流れとしても考えられるのです
賞の半分を受けたロイ・グラウバー博士は、量子の理論で光をあつかう「量子光学」の土台をきずき、電球のような色や位相がまざった光と、レーザーのようにそろった光の、根本的なちがいを説明しました

光の色をはかるむずかしさ

光の色は、光の波が1秒にふるえる回数(周波数)で決まります。目に見える光は、1秒に約10¹⁵回(1000兆回)もふるえます
時間の「1秒」は、セシウム原子が出す電波のふるえの回数をもとに決められていて、セシウム原子時計で読みとれます
でも、セシウム時計のふるえは、光のふるえより約10万倍ゆっくり。光の周波数を、セシウム時計と正確にくらべるのは、とてもむずかしいことでした

プレ男1秒に1000兆回!そんなの数えられないよ。

くしの歯のような光のものさし

1999年ごろ、テオドール・ヘンシュ博士は、とても短い光のパルスを出すレーザーを使えば、光の周波数をセシウム時計と直接くらべてはかれることに気づきました
たとえば5フェムト秒(1フェムト秒は1000兆分の1秒)のパルスには、約100万の周波数がふくまれ、見える光の広い範囲をカバーします
その周波数は、くしの歯やものさしの目もりのように、等間隔にきちんとならんでいます。これが「光周波数コム」(コムは英語で「くし」)です
目もり全体の小さなずれをどう決めるかという問題もありましたが、ヘンシュ博士とジョン・ホール博士の研究で、光の周波数を15けたの精度ではかれるようになりました

何に役立つ?

とてもシャープな色のレーザーがつくれるようになり、周波数コムであらゆる色の光を正確に読みとれます
超高精度の時計の開発
GPSの技術の改良
自然の定数が、時間とともに変わらないかを調べる研究

光周波数コムは、くしの歯のように等間隔にならぶ光のものさしです。光の周波数を15けたの精度ではかれるようになり、超高精度の時計やGPSの改良に道をひらきました。

つながるテクノロジー

光をそろえる:レーザー
1秒の正確さ:電波時計
もっと短い光のパルス:アト秒
位置を正確に:GPSの誤差は10mから「数cm」へ

プレ男光のくしで、光の色を目もりみたいに読むのか。かっこいい。

メル美15けたって、想像できないくらいの正確さだね。

原子がそろって1つの波になる状態は、原子たちが「声をそろえて歌う」新しい物質の状態へ。

まとめ

光は波でも粒でもある。グラウバー博士は量子光学の土台をきずいた
見える光は1秒に約1000兆回ふるえ、セシウム時計とくらべるのはむずかしかった
光周波数コム:くしの歯のように等間隔にならぶ光のものさし(1999年ごろ〜)
光の周波数を15けたの精度で測定
超高精度の時計、GPSの改良、自然の定数の研究へ(2005年ノーベル物理学賞)

参考文献

The Royal Swedish Academy of Sciences. Press release: The Nobel Prize in Physics 2005. NobelPrize.org. https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2005/press-release/ (閲覧日:2026年10月10日)
The Royal Swedish Academy of Sciences. Popular information: The Nobel Prize in Physics 2005 (PDF). https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/popular-physicsprize2005.pdf (閲覧日:2026年10月10日)

この記事は一般的な情報提供を目的としたもので、個別の診断・治療に代わるものではありません。気になる症状や不安がある場合は、医療機関にご相談ください。