domingo, enero 07, 2007

LA UNIVERSALIDAD DE LAS MEDIDAS (1): El tiempo y El RELOJ ATÓMICO



Cuando la comadrona, junto al ensangrentado lecho materno, me golpeaba en la espalda para provocarme el espasmo que pusiera en marcha todo mi organismo, acostumbrado todavía a la inercia del vientre progenitor, y yo respondía con un llanto, anunciador de mi llegada al mundo, que era saboreado por la impaciente familia distribuída por la casa, y que servía para iniciar mi reloj vital, no podía ser consciente -de ninguna manera- de que justo un año y un día antes se había descubierto el primer reloj atómico, exactamente el 3 de junio de 1955.
Mientras que en mi pueblo no había agua corriente y conseguir que la luz eléctrica estuviera presente las veinticuatro horas en nuestros hogares fue tarea de años, y, como decía el escritor Luis Landero, viajar a Madrid desde nuestra zona era algo así como subir al tren en el siglo XIX y bajarse en la capital en el XX, el tiempo ya se medía con patrones atómicos.

El intento de medir el tiempo a lo largo de la la historia contó con todas esas variantes de relojes ya conocidas: de sol, de agua, de arena, de péndulo, de bolsillo, de pulsera, de cuarzo...En cada paso se intentaba, buscando la perfección, acercarse a la precisión. Hasta que se consiguió dividir esa unidad de tiempo considerada tan irrelevantemente pequeña: el segundo. Y todo ello con la idea de conseguir una medida del tiempo universal, que acatara todo el mundo y que fuera lo más exacta posible. Pero ese esfuerzo ya tuvo su importancia cuando el Papa Gregorio XIII instauró el "calendario gregoriano", actualmente en vigor, y en el que los años tienen la aproximada duración de 365'2422 días, corrigiendo así la de 365'25 días atribuída en el "calendario juliano" y "recuperando" los 10 días perdidos por el anterior calendario al decretar que del día 4 de octubre de 1582 le sucediese el 15 del mismo mes y año. (Curiosamente Santa Teresa de Jesús murió en esa fecha y no fué "oficialmente" enterrada hasta el día 15, simplemente el día después).
Todas estas medidas son de carácter astronómico y la definición del segundo estuvo ligada, durante mucho tiempo, al período de 24 horas de rotación de la Tierra, siendo, pues, los dos pasos consecutivos del sol por el meridiano los que nos facilitaron la medida del tiempo. Pero la Tierra no es constante en su velocidad de rotación y experimenta, además, como cualquier peonza, un movimiento de precesión, por tanto los científicos buscaron otros mecanismos más exactos y universales para la medida del tiempo.

En 1884 la Conferencia Internacional del Meridiano adoptó el de Greenwich como referencia horaria mundial (GMT) y el tiempo se hizo universal. Pero aún faltaba bastante para que la medida fuera satisfactoriamente exacta y más cuando la ciencia y la tecnología despegan fulgurantemente en el siglo XX. Ya el reloj mecánico ofrecía, en el primer cuarto del pasado siglo, un error de un segundo cada cuatro meses; y simplemente se trataba de "contar" las vibraciones de "algo" que tuviera una frecuencia constante. Pero no cabe duda que esas vibraciones podían verse alteradas por diversos factores y así, basándose en la idea del Nobel de Física Isidor Isaac Rabi de utilizar el salto de los electrones de un átomo entre dos niveles de energía como un proceso regular, repetitivo, que permita medir el tiempo, se construye el primer reloj atómico en 1948 por la Oficina Nacional e Normalización (NIST) de EE.UU., basado en el amoníaco, pero que no pasó de su fase de prototipo al no llegar a superar en exactitud a los mecánicos de cuarzo.

Por fin, el 3 de junio de 1955, en el Laboratorio Nacional de Física (NLP) de Londres, Louis Essen y Hohn V.L.Parry construyeron el primer reloj atómico en base al cesio. El primer modelo tenía una exactitud de un segundo cada trescientos años.
Para entender basicamente su funcionamiento comenzaremos diciendo que el átomo está formado por un núcleo pesado alrededor del cuál se mueven los electrones situados en diferentes órbitas, que corresponden a diferentes niveles de energía. El salto de una órbita a otra exige una absorción o liberación de energía en una cantidad muy precisa (cuanto de energía). Dicha energía se absorbe o libera en forma de radiación electromagnética, cuya frecuencia depende de la diferencia de energía entre los niveles inicial y final. Realizando una medida de esa frecuencia se puede medir el tiempo, de la misma forma que se mide la frecuencia (número de oscilaciones en un segundo) en un péndulo. El hallazgo de Essen y Parry fue conseguir medir, a bajas temperaturas, esta frecuencia correspondiente a la energía liberada por los saltos de los electrones.
En el año 1967 estos relojes de Cesio ya conseguían un error de un segundo por cada 30.000 años, de ahí que la Oficina Internacional de Pesas y Medidas (BIPM) eligiera como patrón para la medida del tiempo el segundo, definiéndolo como la duración de 9.192.631.779 períodos de la radiación asociada a la transición hiperfina desde el estado de reposo del isótopo de cesio 133. Es decir, cuando se han producido 9.192.631.779 oscilaciones, ha transcurrido un segundo.

Por supuesto que los actuales relojes atómicos consiguen mayor exactitud gracias a una mayor disminución de la velocidad de los átomos, disminuyendo su temperatura hasta menos de 2 mK (micro Kelvin = millonésima de Kelvin) gracias a la incorporación del láser para frenarlos. Actualmente los ingenieros del NIST trabajan en la fabricación de un reloj atómico del tamaño de un chip, tratando de alejarse de los "voluminosos" relojes atómicos actuales. Ahora se estima que el reloj atómico más moderno no adelantará un segundo en los próximos 30 millones de años y el objetivo es, con los llamados relojes atómicos ópticos, conseguir un error de un segundo en 15 mil millones de años.

Y todo esto ¿para qué? Ya no basta con las señales horarias de antes, del GMT se ha pasado al UTC (Tiempo Universal Coordinado), recordemos que al 31 de diciembre de 2005 se añadió un segundo al UTC para concordar con la rotación terrestre. Pero ¿cómo le afecta todo esto a la gente de a pié? Siempre habrá personas puntuales e impuntuales, y a ese niño que lloraba al comienzo del artículo, al igual a a la casi totalidad de la población, parace no afectarle. Pero en realidad, una sociedad tan globalizada, con el amplio desarrollo de las TIC que se está produciendo, con los satélites, GPS, relojes controlados por señales de radio, el correo electrónico, Internet y las transaciones que acarrea, etc, exigen una alta precisión en la medida del tiempo...

Y, casi sin darme cuenta, desde aquel primer llanto, han transcurrido ya la nada desdeñable cifra de 14.671.351.187.526.270.816 oscilaciones en esa transición referida del átomo de cesio. ¡Y yo sin darme cuenta!

Y hablando del tiempo ¡FELIZ AÑO NUEVO A TODOS Y A TODAS!

3 Comentarios:

Anonymous Anónimo dijo...

Nos has robado el tema de la cronología, jeje... pero aprovecharemos para citarte, ya que estás tan bien informado...
En serio, nos acostamos sabiendo una cosa más. Jo, parecemos nuestras abuelas.

1/07/2007 11:26 p. m.

 
Blogger Juana G. Linares dijo...

Impresionante esfuerzo el contar una a una cada una de las oscilaciones...
pero ¿cómo explicar la distinta duración de las horas que se convierten en minutos cuando disfrutamos, o en años cuando esperamos? ¿qué reloj mide el aburrimiento de muchos alumnos/as?

1/08/2007 6:53 p. m.

 
Blogger Francisco Nicolás dijo...

No cabe duda que otro problema, ya no científico, es el de la relatividad del paso del tiempo, que nada tiene que ver con la idea de Einstein, sino, con la intensa brevedad de las horas felices y los dilatados y angustiados minutos de la espera o de la clase para algunos/as alumnos/as. ¿Cuántos minutos profundamente dormidos se nos antojan horas y viceversa?
Esto del tiempo tiene su gracia. Glow, como dice Almu,lamento haberos "robado" el tema de la cronología, pero estoy dispuesto a un trabajo conjunto.
Por cierto, para vuestro blog de etimología,y ya que estamos con este tema, una sugerencia: bisiesto. Espero vuestra conversación.

1/08/2007 9:37 p. m.

 

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