多くの人は、1日を構成する時間、分、秒の数は毎日同じだと考えているでしょう。しかし、常にそうとは限りません。2015年6月30日は、うるう秒の追加によって1秒長くなります。これは、時間に関する2つの定義、すなわち天文学に基づくものと原子時計に基づくものとのずれを調整するためです。
1950年代以前、時間は、地球の自転を観測する装置で測定した、空における太陽の位置によって定義されていました。しかし、地球の自転速度は一定ではありません。月の引力によって減速しており、1世紀あたり1.7ミリ秒ずつ日が長くなっています。
1日の長さが変化することは何世紀も前から知られていましたが、1950年代に原子時計が発明されて初めて、（天文学以外の分野でも）実務上の問題となりました。原子時計は、セシウム原子に吸収される特定のマイクロ波周波数に基づいており、はるかに安定し、使いやすい時間の定義を提供します。 セシウム原子に吸収される特定のマイクロ波周波数。原子時計の信号はまもなく標準周波数の無線送信機の制御に使われるようになり、通信技術者はそれを利用して機器を較正し、同期させることができました。
1日の長さは、皆さんが考えるほど一定ではありません。 米国海軍天文台
天文学的な時間と原子時計の時間を一致させる
これらの送信機が、1秒ごとのパルス信号と日時コードも送信するよう改修されると、標準的な時間の定義を定めるよう、ジュネーブの国際電気通信連合に要請がありました。その結果生まれたのが「協定世界時」です。フランス語話者にも配慮してUTCと略されます。これは原子時計が生成する時刻信号を定義し、UT1として知られる天文学的な時間の定義との差が1秒以内に収まるようにしたものです。
課題は、これらの時間尺度をどう同期させるかでした。送信周波数を調整して秒の長さを変える方法や、あらかじめ決めた時刻にミリ秒単位の遅延を加える方法が当初試みられましたが、問題を引き起こし、他の規格が依存する時刻管理用電子機器に支障をきたしました。たとえば、欧州のテレビ放送における50Hzのフレームレートがその一例です。
そのため、1960年代後半に UTCの定義 が変更され、秒の長さは一定に保たれることになりました。その代わり、UTCに含まれる原子時計と天文学に基づく時間の定義を同期させるため、丸1秒を挿入するか、飛ばす必要が生じました。こうしてうるう秒が導入され、1972年6月に初めて実施されました。それ以降、さらに24回実施されており、 パリの地球回転・基準系事業部が発表しています。
1972年以降のうるう秒――25回、そして増加中 xkcd、 CC BY
コンピューターは変更を嫌う
この方式はうまく機能していましたが、1990年代後半には懸念が生じました。コンピューターシステムの 2000年問題 への大規模な対策が進められるなか、技術者たちは時間に関連する他の混乱についても懸念し始めました。GPS（全地球測位システム）による高精度な時刻放送により、航空機の航法や制御など、安全上きわめて重要な新しい用途が可能になりました。こうした用途では、時間変数が機体の軌道に直ちに影響します。また、 ネットワーク・タイム・プロトコル （NTP）を使ってインターネット経由でコンピューターの時計を同期させることが一般的になり、コンピューターでうるう秒をどう実装すべきかという問題が生じました。
うるう秒の考案者たちは、通常なら23:59:59から00:00:00へ進むUTC表示のデジタル時計に、23:59:60と表示される61秒目を追加することを想定していました。しかし、コンピューターソフトウェアでは時間を時・分・秒の個別の変数に分けることがほとんどないため、これは実用的ではないと分かりました。代わりに、時間を単一の数値、つまり 増え続ける秒数として表すほうが便利です。この見方では、23:59:59を表す時刻の値に1を加えると、必ず00:00:00になります。目盛り上には、23:59:60という時刻を表す数値が残されていないのです。
残念ながら、NTPがUnixおよびLinuxのオペレーティングシステム（インターネットサーバーの大半を稼働させている）でうるう秒を実装した方法は、状況をさらに悪化させました。最終秒の始まりまで時刻を巻き戻し、その秒を繰り返したのです。1秒以内に時計を2回読み取るソフトウェアは、2回目のタイムスタンプが1回目より前になるという、非常に混乱を招く状況に直面する可能性があります。この処理とLinuxの特定のバグが重なり、コンピューターが不安定に動作し、2012年にうるう秒が導入された際には、特に大手航空券予約システムを含む一部のデータセンターで 障害が発生しました 。現在はその代わりに、うるう秒の直前にコンピューターの時計を短時間 遅らせて 差を埋める代替方式が使われています。
規格は選択肢が多すぎる
うるう秒のない原子時も存在し、 国際原子時（TAI）と呼ばれています（こちらもフランス語を経由した名称です）。現在、UTCはTAIより正確に35秒遅れており、7月1日にはその差が36秒になります。GPSや宇宙船など、うるう秒が深刻な支障を引き起こす可能性のあるシステムでは、長年にわたりTAIの変種が使われてきました。しかし、時間の法的定義はUTCに基づいているため、TAIは広く普及していません。
15年以上にわたり、うるう秒を全面的に廃止し、ある日以降はUTCとTAIの差を固定するかどうかをめぐって、 議論 が続いています。これにより、コンピューターでうるう秒をどう実装するかという懸念は解消されますが、衛星追跡地上局、天文観測機器、UTCとUT1の差が常に1秒以内だという前提で構築されたシステムなど、既存の専門システムの多くに支障が生じます。
時間の定義を空における太陽の位置から切り離すことには、より哲学的な問題もあります。日時計や六分儀などの天文観測機器は、定期的な再較正を行わなければ使えなくなるでしょう。また、地方平均太陽時がUTCと一致する子午線は、現在はロンドンのグリニッジを通っていますが、東へ移動し始めます。数百年以内にパリに到達し、最終的には地球を何度も一周することになるでしょう。おそらく、これが英国政府がこの変更に反対した理由の一端だったのかもしれません。
本記事は、 The Conversation との協力により掲載されています。掲載は、世界経済フォーラムが本記事の見解を支持することを意味するものではありません。
Forum:Agendaの最新情報を受け取るには、 週刊ニュースレターにご登録ください。
著者：マルクス・クーンは、ケンブリッジ大学コンピューターサイエンス学部のシニア・レクチャラーです。
画像：ロンドンのロイターズ・プラザで時計の前を歩く人々。REUTERS/Jon Jones。