Reloj atómico

La realización más avanzada en la búsqueda del tiempo perfecto, la obsesión por la precisión y exactitud absolutas. Lo alcanzado hasta ahora.

Autores: Abel Gonzáles y Alberto Oliva.
Fuente: Revista “Conozca Más”.

En su sentido moderno, el concepto de tiempo comenzó a desarrollarse sólo a partir de la Edad Media. Antes de esa época, los hombres se contentaban con marcar el cambio de las estaciones. Y hubo pueblos, como el chino, que aprendieron a medir las horas muy tempranamente, pero como ese afán no les servía para mucho se fueron olvidando de él y el uso y la fabricación de relojes se borró de la mente de todos los hombres. A tal punto que cuando los primeros misioneros cristianos llegaron a Cantón (allá por el 1600), ningún sabio —en el Celeste Imperio— sabía ya manejar un astrolabio ni poner en marcha los viejos relojes que yacían oxidados en los polvorientos depósitos imperiales.
Como queda dicho, en Occidente los minutos empezaron a tener valor cuando ya el Renacimiento asomaba con fuerza en la historia. En el siglo XVI, el carillón instalado en la catedral de Nuremberg fue modificado para que tocara los cuartos de hora. Y puede afirmarse que desde ese revolucionario momento la angustia del tiempo se instaló orondamente en la sociedad europea, llevando de la mano, de paso, el concepto de eficiencia. La improductividad, el ocio, fue considerado como un pecado. Con el nacimiento del capitalismo el tiempo acicateó cada vez más a los hombres... pues de pronto se dieron cuenta de que había mucho que hacer en la tierra. Y toda la tradición contemplativa del pasado se vino abajo de golpe. Lo cual originó una flamante inesperada ciencia: el arte de medir las horas cada vez con mayor precisión.
Un buen ejemplo de esa toma de conciencia es que en el Centro Pompidou, de París, hubo un curioso aparato, llamado Genitrón, que al introducir en él una moneda imprimía una postal con los segundos que faltaban para la llegada del año 2000. Se trataba, en realidad, de uno de los nuevos relojes atómicos de nueve cifras que, incluso más ahora que entonces (década de los años 90) son un fiel reflejo de nuestra sociedad apurada, en la que saber la hora exacta se ha convertido en un deporte de masas.
Por eso no puede extrañar que los hombres dedicados a la construcción y preservación de estos relojes atómicos integren una fauna privilegiada, hasta tal punto que se transformaron ya en los niños mimados de la física contemporánea. Precisamente, el Premio Nobel de Física de 1989 le fue concedido a Norman Ramsey, profesor de la Universidad de Harvard, por descubrir los campos oscilatorios separados y aplicarlos en la construcción de los relojes atómicos de cesio, que son los más precisos que existen en este momento. Sin embargo, a estos científicos que están ahora en la cresta de la ola no les gusta demasiado el alboroto. “Podemos hacer un poco de barullo cuando se produce un equinoccio —dice irónicamente Jim Gray, un ingeniero que custodia los relojes atómicos de los Estados Unidos en el Instituto Nacional de Patrones y Tecnología—; simplemente, salimos al pasillo, pegamos algunos gritos y reventamos alguna bolsa de papel. Pero eso es todo”.

El NIST-7.
En realidad, eso no es todo. Encerrados en sus laboratorios de la División del Tiempo y sus Períodos —ubicada en Boulder, Colorado— estos sabios que realizan casi toda su tarea en un bunker aislado bajo tierra, están produciendo una revolución en la medición del tiempo sin ver jamás el sol y sin importarles, en verdad, ni los verdes equinoccios de primavera ni los agobiantes solsticios del verano. Para ellos el tiempo es una cosa abstracta que sólo sirve para ser medido. Con ese fin han venido desarrollando lo que puede decirse que es el reloj atómico más preciso del mundo.
Conocido como NIST-7, este cilindro de metal, en cuyo interior circulan rayos láser y oscilan átomos de cesio, está diseñado para funcionar hasta el año 3.001.990. Si todo sale como está previsto, para ese entonces este portentoso reloj habrá atrasado apenas un segundo. Sin embargo, el tiempo que se registre en Boulder no será el mismo que para el mundo. Es que para establecer la hora en que todos vivimos, más de 50 laboratorios envían sus lecturas a una oficina de París —liderada por Bernard Guinot, a quien sus colegas llaman irónicamente “Papá Cronos”—, en donde todos los registros son sopesados a través de complicadas fórmulas, de las que resulta —finalmente— el llamado Tiempo Coordinado Universal, que es una especie de promedio de la cual resulta la hora internacional.
Hace miles de años, los egipcios —que eran gente práctica— dividieron el ciclo día-noche en 24 porciones diferentes, cada una de las cuales representaba una hora. Actualmente, nada está registrado con mayor precisión que el tiempo. Durante el siglo XX se ha perfeccionado hasta lo inverosímil la medición del segundo, que es la unidad de medida. Primero se lo hizo por medio de los relojes mecánicos de péndulo libre, como el inventado en 1921 por William Short, que sólo se retrasaban unas milésimas de segundo por día. Luego, con la aparición de los relojes de cuarzo, se consiguió una exactitud superior a la órbita de la Tierra en torno del Sol. Básicamente, un reloj de cuarzo está formado por un anillo de cristal sujeto a unos electrodos que a su vez están conectados a una corriente. Al dejar correr la electricidad, se producen unas oscilaciones que se mantienen en una proporción de 6 millones a 1 para que el anillo de cuarzo gire una vez cada 60 segundos.
Tal vez sea por esto que los físicos empeñados en cazar el tiempo con sus invenciones atómicas experimentan una reverencia suprema por los relojes de cuarzo, que son los únicos que admiten llevar en sus muñecas, pues ningún aparato mecánico se les puede comparar en esa difícil tarea de dar la hora exacta. Pero obsesivos como son, no se contentan con eso sólo. En una reunión de la Conferencia General de Pesas y Medidas, en octubre de 1967, decidieron hacer su propia revolución al definir el segundo atómico como la duración de 1/9.192.631.770 períodos de tiempo de oscilaciones de una radiación de átomos de cesio 133. Con lo cual el común de los mortales se quedó poco menos que en ayunas. Pero acababa de nacer oficialmente el reloj atómico, y el isótopo 133 del cesio se iba a transformar en el nuevo “guardián del tiempo”.

PAPÁ DEL TIEMPO.
A Don Sullivan, jefe de la División del Tiempo y sus Períodos, de Estados Unidos, le encanta explicar a los neófitos en qué consiste su trabajo. “El patrón actual de todos los relojes atómicos norteamericanos es el NBS-6, que ustedes ven detrás de esta vidriera —señala con entusiasmo—. Tiene una precisión de 10 nanosegundos, o lo que es lo mismo, de 10 milmillonésimas partes de un segundo. Toda la navegación del mundo, marítima y aérea, depende de relojes como éste. La posición de cada nave se logra midiendo el tiempo que tarda una señal de radio, que se mueve a la velocidad de la luz, para llegar desde un satélite hasta el barco. Gracias a esta tecnología de medición es que puede funcionar el sistema interconectado de electricidad de Estados Unidos. Una fracción de segundo de retardo o de avance en la circulación del fluido eléctrico podría causar una catástrofe. Además, estos aparatos ayudan a rastrear el epicentro de los terremotos y también a mantener sincronizados los semáforos del tránsito en muchas grandes ciudades. Como estamos a cargo de cada segundo del país, somos nosotros, en verdad, quienes engendramos el tiempo”.
Si no fuera así carecería de sentido el nuevo proyecto del laboratorio de Colorado. Por un tiempo no se trató más que de una multitud de piezas sueltas que ocupan varias mesas en una gran nave. Pero se conoce su nombre (lo denominan “el reloj del ión atrapado”) y se calcula que es 100 mil veces más preciso que los relojes atómicos. Sus dificultades de construcción fueron tan grandes que no estuvo en condiciones de marcar las horas sino muchos años después de haberse completado su construcción. No funciona mediante la observación de un átomo de cesio, sino de un ión, que es un átomo cargado eléctricamente, mucho más estable que el de cesio y más fácil de manipular. Pero hasta que llegó el momento, los ingenieros debieron conformarse con el NIST-7, que ocupó sus desvelos durante toda la década del ‘90.
Por su parte, el NIST-7 fue el primero de los de cesio accionado ópticamente. Esto significa que usa rayos láser en lugar de magnetos. Su modo de contar los segundos es 10 veces más exacto que el de todos los relojes conocidos. Eso permite corroborar, al cabo, la lectura que hicieron hasta antes algunos astrónomos usando instrumentos de cesio. Según ellos, la Tierra gira cada vez más lentamente. El atraso es de unos 16 millonésimos de segundos al año. Es decir: pierde un segundo cada 62.000 millones de años. Una curiosa constatación que sin embargo no contesta la angustiosa pregunta metafísica que el hombre se ha formulado desde sus más remotos orígenes: ¿a dónde va el tiempo cuando se acaba? Algunos filósofos dicen que cuando se responda a ese interrogante se habrá hallado el verdadero sentido de la vida y el tiempo no será un misterio. Ni tampoco un huidizo objeto del deseo, que sólo sirve para ser medido.

DEL SOL AL ÁTOMO.
La primera mención de un reloj de sol (que son los más antiguos de que se tienen noticias) figura en un documento egipcio del año 2000 a.C.; y el ejemplar más viejo que se conserva está en un museo de Berlín y dataría del 1450 a.C. Su lectura es muy complicada y su uso parece haber estado reservado a la casta sacerdotal.
La clepsidra o reloj de agua es un invento egipcio. En el templo de Amón, en Karnak, se encontró una del 1360 a.C. Básicamente, la clepsidra es un recipiente graduado, con un orificio en la base, por el cual gotea el agua que contiene. Los griegos perfeccionaron su mecanismo y de esa forma estuvo en uso durante mucho tiempo. Sobre esta base, el matemático chino Han Kung-Iien construyó en el año 1088 un reloj hidráulico que aún funciona.
En el siglo XIV aparecieron los primeros relojes de arena. Tenían la ventaja, sobre los otros, que marcaban la hora aún cuando fuera de noche y no sufría los efectos del frío como los de agua. Consiste en dos ampollas de vidrio de forma cónica, unidas por el vértice de manera tal que la arena pase de una a otra a un ritmo prefijado.
Se ignora quién inventó el reloj mecánico, pero los primeros aparecen hacia 1290. El sistema motriz era, en todos los casos, un peso suspendido de una cuerda. En el siglo XV se reemplazan los pesos por muelles arrollados en espiral. En 1656, un relojero llamado Salomón Coster adoptó los descubrimientos de Galileo Galilei a la construcción de relojes y fabricó el primero de ellos provisto de péndulo. Su precisión era de 5 minutos por día.
El inglés William Clement inventó en el siglo XVII el áncora, inaugurando la era moderna de la relojería.
En 1868 el suizo George F. Rosskopf fabricó el primer reloj de bolsillo popular, dando origen a la industria suiza de la relojería.
En 1887 las mujeres comenzaron a usar los primeros relojes de pulsera.
En 1840 el escocés Alexander Blain patentó el reloj eléctrico.
En 1928 se fabricó el primer mecanismo automático, al que no había necesidad de darle cuerda.
En 1929 el norteamericano Alvin Morrison diseñó el reloj con motor de cuarzo. Los primeros con un cuadrante digital salieron a la venta en 1971.
El primer reloj atómico de cesio comenzó a funcionar en 1948, pero no se perfeccionó hasta 1967, cuando se adoptó la nueva definición del segundo.

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