Dentro de un laboratorio en Londres, puedo ver un letrero que dice: “No toques el máser”.
Está unido a una gran caja negra con ruedas y una caja de acero para protegerlo.
Resulta que la caja es bastante importante y el letrero está ahí por una razón. No es peligroso, pero si te metes con el dispositivo, el temporizador podría dejar de funcionar.
Este es uno de los pocos dispositivos como este que se conservan en el Laboratorio Nacional de Física (NPL) en el suroeste de Londres. Ayuda a garantizar que los segundos, minutos y horas se cuenten correctamente en todo el mundo.
Son relojes atómicos muy importantes y se denominan máseres de hidrógeno. Junto con otros 400 relojes ubicados en todo el mundo, ayudan al planeta a decir la hora en nanosegundos.
Sin las personas, la tecnología y las reglas que hacen que estos relojes funcionen, el mundo moderno caería lentamente en el caos. Desde la navegación por satélite hasta los teléfonos móviles, muchas industrias y tecnologías que utilizamos dependen del tiempo.
Pero, ¿cómo llegamos al punto en que todos usamos el mismo tiempo? ¿Cómo se mantiene bien y cómo podría cambiar en el futuro?
Para saber qué hora es realmente, hay que mirar más allá del reloj. El tiempo lo hacen las personas en más formas de lo que parece al principio.
Un conteo moderno
Todo el mundo no siempre mantuvo la misma hora en todo el mundo. Durante cientos de años, fue imposible, y el reloj más cercano era la única forma de saber la hora.
Era mediodía en un lugar y las 12:15 en otro. Incluso en la década de 1800, las ciudades y los administradores ferroviarios locales establecieron cientos de estándares de tiempo diferentes para los EE. UU.
Parte de la razón era que no había forma de hacer que todos los relojes de un solo país funcionaran juntos, y mucho menos todos los relojes del mundo entero.
Durante mucho tiempo, esto no importó. La gente trabajaba cuando tenía que hacerlo, no viajaba muy lejos, y si querían saber la hora, podían mirar un reloj de sol cercano o de la ciudad, o podían escuchar las campanadas del reloj.
Pero cuando comenzó la era industrial, quedó claro que las cosas debían cambiar. En algunos casos, condujo a algo que mató a la gente. Por ejemplo, a mediados del siglo XIX en Nueva Inglaterra, 14 personas murieron cuando dos trenes chocaron de frente porque uno de los conductores llevaba un “feo reloj prestado” que no estaba sincronizado con el reloj del tren. compañero de trabajo de él
Las economías en crecimiento necesitaban un mejor sentido compartido del tiempo para que las fábricas pudieran contratar trabajadores a la misma hora, los trenes pudieran salir y llegar a las horas acordadas y los banqueros pudieran marcar el reloj. cuando se lleva a cabo una transacción financiera.
Lewis Mumford, un historiador, dijo una vez que el reloj era más importante para la Revolución Industrial que la máquina de vapor.
Las máquinas de vapor hacían funcionar fábricas y automóviles, pero no podían hacer que las personas hicieran cosas al mismo tiempo.
En un momento, el Observatorio de Greenwich en Londres fue el lugar principal para comprar este nuevo tiempo compartido. La hora del meridiano de Greenwich se mostraba en los relojes mecánicos de alta tecnología que había allí (GMT).
En el observatorio de Greenwich, se agregó una bola a un mástil en 1833. Caía todos los días a la 1:00 p. m., para que las tiendas, las fábricas y los bancos pudieran reiniciar sus relojes según fuera necesario.
Unos años más tarde, la hora GMT se envió por telegrama a todo el país como “hora ferroviaria”, asegurándose de que todos los trenes en el Reino Unido tuvieran el mismo horario. En la década de 1880, un cable submarino llevó la señal horaria de Greenwich desde Inglaterra hasta Harvard, Massachusetts.
Y en la Conferencia Internacional de Meridianos en Washington, DC, más de 25 países decidieron que GMT debería ser el estándar de tiempo internacional.
PIP PIP
A principios del siglo XX, la BBC comenzó a ayudar a difundir la hora correcta. Cuando la empresa comenzó a enviar radio por todo el mundo, incluyó una serie de “pips” que se hacían en Greenwich en ese momento. Hoy, los hace la BBC, y hay seis de ellos. El tiempo se muestra cuando comienza el último más largo.
También se encuentran en otros lugares, como Finlandia, donde se les llama “bisbitas”. Sin embargo, la radio digital no es tan precisa como solía ser porque la conversión de la señal agrega un pequeño retraso.
Con el paso de los años, quedó claro que había que mejorar la sincronización del tiempo.
Para que un reloj indique la hora correcta, necesita un proceso que suceda una y otra vez, como un péndulo que se balancea o las oscilaciones electrónicas de un cristal de cuarzo.
La hora en los relojes de Greenwich se basaba en el tiempo que tardaba el Sol en llegar al mismo lugar en el cielo después de un día. Entonces, su péndulo era la Tierra, que giraba a una velocidad que parecía fácil de predecir. Esto también es cierto para Universal Time, que reemplazó a GMT en 1928.
Sin embargo, los científicos descubrieron en el siglo XX que la rotación de nuestro planeta se acelera y se ralentiza con el tiempo. Esto es causado por la gravedad de la Luna, el Sol y otros planetas, cambios en el núcleo y el manto de la Tierra, e incluso cambios en los océanos y el clima.
En promedio, tomó casi 4 milisegundos más para girar en 1900 que a principios de este siglo. Entonces, a pesar de que los mejores cronometradores del mundo eran más precisos que la mayoría de los relojes, todavía estaban equivocados sobre el tiempo “real”.
Reloj atómico
Casi al mismo tiempo, los físicos cuánticos pensaron que los átomos podrían ser una mejor forma de medir el tiempo que la rotación de la Tierra. Cuando una cierta frecuencia de radiación electromagnética se envía a un átomo, cambia sus niveles de energía.
Para realizar un seguimiento de estos cambios, puede utilizar un contador electrónico. Este es un proceso periódico estable, como un péndulo, sobre el cual se puede calcular una escala de tiempo. En esto se basa el “reloj atómico”.
Son tan precisos que si basáramos todo el mundo en ellos, el Sol saldría a las 8 de la noche. Es por eso que las personas que llevan la cuenta del tiempo en todo el mundo a veces agregan “segundos bisiestos”.
Algunos de los relojes atómicos más importantes del mundo son los máseres de hidrógeno de Londres. Varios cientos más están a cargo de institutos nacionales de metrología en todo el mundo. Estos son los nuevos cronometradores para todos nosotros.
Pero no es tan fácil como mirar la hora. Ningún reloj atómico es perfecto debido a cosas como los efectos gravitacionales locales o las diferencias entre sus partes electrónicas.
Entonces, los metrólogos tienen que deshacerse de esos errores. Su funcionamiento es el siguiente: la información de tiempo del banco de relojes atómicos de un laboratorio, llamados máseres de hidrógeno, se registra y ajusta. Si el reloj parece estar a la deriva, a veces se ajusta (los metrólogos llaman a esto “dirección” y usan equipos para definir la duración de un segundo, pero hablaremos de eso más adelante).
La Oficina Internacional de Pesos y Medidas (BIPM) en París obtiene la información de la NPL en Londres. Los cronometradores del BIPM toman la media de todas estas medidas, lo que da más peso a los mejores relojes. Se hacen más cambios, y al final de este proceso, se hace lo que se llama Tiempo Atómico Internacional (IAT).
La mayoría de las personas no necesitan conocer la hora al nivel de nanosegundos, pero muchas empresas y tecnologías sí lo necesitan.
El metrólogo Patrick Gill dice: “Un campo que necesita alta precisión es la navegación por satélite, pero hay otros”.
“El tiempo es muy importante para la comunicación, la distribución de energía y el comercio financiero”.
Las nuevas tecnologías también vienen con nuevas necesidades. Por ejemplo, la red 5G y la tecnología de navegación que utilizan los automóviles autónomos necesitan una sincronización precisa.
Pero el punto es que el TAI todavía se basa en un tiempo de reloj “verdadero” inventado, que es solo una medida que todos están de acuerdo en usar.
Hay una segunda razón, que se reduce a una pregunta básica: ¿qué es un segundo? El significado de esta unidad ha cambiado con el tiempo, al igual que nuestra comprensión del tiempo. Aún mejor, podría cambiar de nuevo pronto.
Redefiniendo el segundo
El segundo solía ser igual a 1/86.400 del día solar medio, que es la cantidad de tiempo promedio que tarda el Sol en alcanzar el mismo lugar en el cielo al mediodía, que son aproximadamente 24 horas.
En otras palabras, esto se basó en la rotación de la Tierra, que ahora sabemos que no es regular. Según esta definición, el segundo habría sido más largo en 1900 que en 1930, cuando el planeta giró más rápido en promedio.
Los metrólogos decidieron a mediados del siglo XX que esto no funcionaría. Entonces, se les ocurrió una nueva forma de describir el tiempo. En 1967, se pensó que el segundo debería basarse en un número fijo para la transición hiperfina del estado fundamental del cesio que no ha cambiado. Gill dice: “Es un poco difícil”. ¿Qué significa entonces?
En esencia, es solo otro proceso que sucede una y otra vez, que es la base de todo cronometraje. Cuando las microondas chocan con los átomos de cesio, emiten más radiación electromagnética. La frecuencia de esta radiación depende de cuánta energía hay en el átomo. Al contar con qué frecuencia sucede esto, como contar las oscilaciones de un péndulo, puedes calcular cuánto tiempo ha pasado.
Se eligió esta definición porque el cesio es un isótopo confiable: casi todos los átomos en una muestra reaccionarán a la radiación electromagnética de la misma manera.
Además, en el siglo XX, era más fácil y preciso medir las frecuencias de microondas que las frecuencias más altas del espectro electromagnético. Podría ser como usar un cronómetro para medir los latidos de tu corazón, pero necesitas una tecnología más avanzada para saber con qué frecuencia baten las alas de una mosca.
Pero a medida que la ciencia creció y surgieron nuevas tecnologías que necesitan un tiempo más preciso, los metrólogos comenzaron a pensar en una nueva forma de definir el segundo. No sucederá de inmediato, tal vez no hasta la década de 2030, pero cuando suceda, será el mayor cambio en la forma en que las personas cuentan el tiempo juntos desde la década de 1960.
Los científicos están probando nueva tecnología óptica en laboratorios como NPL. Esperan que dentro de los próximos diez años se replantee la segunda.
El tiempo como construcción
Todos estamos de acuerdo en la hora del reloj, pero no es la hora real.
Pero esta configuración es necesaria para que las personas vivan y trabajen en las sociedades modernas. Si volviéramos a cuando la hora se establecía localmente, muchas de nuestras tecnologías dejarían de funcionar, los trenes se estrellarían y los mercados financieros colapsarían.
El mundo funciona con el tiempo del reloj, nos guste o no.
Pero podría ser útil pensar en cuáles son los verdaderos cimientos de este edificio. Cuando miras el tiempo a través de los ojos de un meteorólogo, el tiempo cambia a otra cosa.
De vuelta en la NPL, veo un letrero que dice “No toques el máser”, así que le pregunto a uno de los científicos si es bueno con el tiempo. Por ejemplo, ¿siempre llega a tiempo? Él bromea: “Oh, solo pienso en nanosegundos”.
Fuente BBC
