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Jun 21, 2023

En busca del tiempo perdido, de Tom Vanderbilt

Ilustraciones de Dima Kashtalyan Cuando era niño, en la era del teclado por tonos en el Medio Oeste, a menudo llamaba, sin ningún motivo real, a la “dama del tiempo” (resulta que una actriz llamada Jane Barbe) que me llamaría.

Ilustraciones de Dima Kashtalyan

Cuando era niño, en la era del teclado por tonos en el Medio Oeste, a menudo marcaba, sin ningún motivo real, a la “dama del tiempo” (resulta que una actriz llamada Jane Barbe) que anunciaba, con remilgada autoridad “en el tono”, el tiempo correcto al segundo. En aquellos días estaba un poco obsesionado con el tiempo. Me quedaba mirando, paralizado, el péndulo de Foucault en el Museo de Ciencia e Industria de Chicago mientras avanzaba lentamente a lo largo de su día; o mire boquiabierto el reloj verde patinado, coronado por una guadaña y un patriarca temporal que porta un reloj de arena y marcado con una sola palabra, tiempo, que adornaba el edificio de joyerías en East Wacker Drive. Pero nada resultó tan inmediato, tan curiosamente satisfactorio, como recibir la hora exacta a través de la intimidad del auricular del teléfono. Sin embargo, me dejó con una pregunta persistente: ¿Cómo sabe ella qué hora es? Imaginé que el tiempo emanaba, como el Sistema de Alerta de Emergencia, de alguna instalación gubernamental segura, posiblemente subterránea.

No estaba del todo equivocado. Este verano, después de cinco décadas de preguntarme qué impulsaba el tiempo del reloj, me encontré en el templo nacional del cronometraje: el Instituto Conjunto de Astrofísica de Laboratorio en Boulder, Colorado. JILA (rima con Willa) es un instituto de investigación operado por la Universidad de Colorado y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), una agencia federal grande y relativamente poco conocida que desempeña un papel importante, aunque silencioso, en nuestra vida cotidiana. vidas.

La noche anterior a mi visita, había abierto time.gov, la página de aspecto muy oficial (titulada hora oficial de EE. UU.) administrada por el NIST y el Observatorio Naval de Estados Unidos. El sitio presenta un mapa de los Estados Unidos, dividido en zonas horarias, así como una variedad de visualizaciones de relojes subsidiarios (hora estándar de Chamorro, hora estándar de las Aleutianas) que marcaban, en el segundo nivel, aparentemente en sincronía. Me di cuenta de que mi propio reloj (el Garmin Forerunner 935, un “reloj para correr de primera calidad”, que generalmente obtiene su tiempo de cuatro de los treinta y un satélites GPS operativos que rodean el mundo) parecía estar un segundo por detrás. ¿Por qué?

Ésta fue una de las primeras preguntas que le hice a Judah Levine, un físico de JILA de ochenta y dos años y uno de los “cronometradores de Estados Unidos”. "Los chicos de dispositivos portátiles normalmente se equivocan por un segundo o medio segundo", dijo Levine. "Eso se debe a que la pantalla del dispositivo no es lo suficientemente rápida". Lo dijo con cansada resignación. Levine, de pelo blanco, gafas con montura dorada, camisa de franela azul, pantalones de trabajo grises y resistentes zapatos negros, me recordó a uno de esos maestros artesanos un tanto cascarrabias que todavía se encuentran en ciertos barrios antiguos de Brooklyn. Los estantes de su oficina estaban llenos de libros de texto de física, y un reloj de Oregon Scientific, que recibe una señal de radio del NIST, mostraba la hora en bloques de números de cristal líquido.

Para ser justos con mi reloj, Levine explicó que time.gov (que me había informado que la computadora portátil que estaba usando se había desviado "+0,012 s") estaba desviada en una cantidad notable. "La señal tarda un tiempo en transferirse a través de la red, algo que no controlamos", explicó. La hora exacta estaba expuesta en un laboratorio adyacente a la oficina de Levine. Apareció como una cadena de dígitos rojos en un dispositivo que parecía un amplificador estéreo de alta gama. Se trataba de una visualización de la hora oficial, que se mantiene mediante una serie de relojes atómicos con fuente de cesio a unos pocos kilómetros de distancia, en el campus de Boulder del NIST, y se envía vía satélite a JILA. Aquí estaba la sede del poder temporal, el metrónomo palpitante de la nación. Observé cómo los segundos del LED rojo pasaban, bañándose en su implacable autoridad. Fue entonces, sin embargo, cuando Levine introdujo otra complicación. La hora que estábamos mirando podría considerarse incorrecta dentro de un mes.

La hora oficial de Estados Unidos está subordinada a lo que se conoce como UTC, o Tiempo Universal Coordinado, que, desde principios de los años sesenta, ha sido el estándar horario oficial mundial. Realizado y difundido por la Oficina Internacional de Pesos y Medidas (BIPM) de Francia, el UTC es un agregado de horas recopiladas de los relojes atómicos mantenidos por más de ochenta agencias nacionales en todo el mundo. "UTC", señaló Levine, "se calcula a posteriori". Esto se hace en parte porque sería demasiado costoso y demasiado complejo desde el punto de vista logístico mantener los relojes del mundo funcionando al unísono. Pero hay otra razón, continuó: “Los relojes a menudo se comportan mal”. Los relojes que funcionan libremente, aquellos que no se recalibran con frecuencia, comienzan a “desviarse” sutilmente, lo que puede ser difícil de detectar en tiempo real. La ventaja de tener una “escala de tiempo retrospectiva”, como la llama Levine, es poder “mirar hacia atrás y detectar cosas que nunca podrías detectar en tiempo real”.

Levine estaba esperando los datos horarios oficiales del mes anterior, que llegan al NIST e instituciones similares a través de una publicación del BIPM llamada Circular T. Cuando Levine y sus colegas reciben el informe, discuten sus implicaciones y no siempre están de acuerdo. Después de una disputa reciente, debido, según Levine, al ruido estadístico, o lo que él llama “movimientos inestables”, decidieron recalibrar lo que se llama UTC (NIST) para que coincida con el lugar donde estaba UTC el mes anterior (o, más precisamente, donde estaba el UTC). debería haber sido en el presente). Alguien fue enviado a la sala 2051 del NIST, la sala del reloj, para ingresar la corrección.

Cuando le sugerí que Levine y sus colegas no estaban diciendo la hora sino pronosticándola, asintió con entusiasmo. "¡Es exactamente un pronóstico!" Esto es particularmente cierto dada la aparición, hace unos años, del llamado UTC rápido, una difusión provisional semanal de la hora oficial mundial (considerada en retrospectiva) por parte de las autoridades francesas. El NIST, al igual que otros laboratorios, utiliza ese tiempo provisional para hacer predicciones de dónde será el tiempo en el futuro, pero como cualquier pronóstico, conlleva el riesgo de ser impreciso. Si hubiera ido a Boulder esperando encontrar un reloj maestro inexpugnable, rodeado de señores druídicos del tiempo que transmitían con reverencia sus resultados (la fuente sagrada que tanto había capturado mi imaginación infantil), lo que encontré fue bastante desconcertante: el tiempo, al parecer, a menudo está fuera de lugar.

Además de mantener la hora nacional, el NIST ayuda a mantener el Sistema Internacional de Unidades: metros, kilogramos y similares. Su sede ocupa un extenso campus selvático en Gaithersburg, Maryland (según cuenta la historia, fue trasladada desde Washington en los años sesenta para evitar ser destruida en un ataque nuclear). La agencia es difícil de categorizar. Su fuerza laboral está compuesta por físicos experimentales y teóricos, pero técnicamente es parte del Departamento de Comercio. Es un organismo puramente asesor, no regulatorio, y los estándares en los que trabaja no son los que uno podría imaginar: el NIST no les dice a los grupos industriales cuál debe ser la resistencia o la tolerancia de sus materiales, determina cómo debe ser la resistencia o la tolerancia de sus materiales. esos materiales deben medirse. El trabajo de la agencia, según Katrice Lippa, jefa de la Oficina de Pesos y Medidas del NIST, es "publicar el estándar de cómo se supone que los inspectores deben probar los dispositivos". En otras palabras, orquesta los metaestándares.

NIST realiza metrología, la ciencia de la medición. Los científicos miden todo, desde la cadena de bloques hasta las mascarillas de tela, en una variedad de escalas. Poseen tanto la regla más pequeña del mundo (un chip de silicio utilizado en la difracción de rayos X con una precisión de 0,0000000000000001 metros) como la máquina de peso muerto más grande del mundo: una imponente pila de discos de acero inoxidable de veinticinco mil libras capaces de generar hasta un millón. libras de fuerza. Si necesita saber cómo se conserva el granito después de un siglo, puede consultar el muro monumental del NIST, que se compone de 2.352 piedras extraídas en su mayoría de una colección de muestras de cantera del siglo XIX. ¿Le importaría mirar boquiabierto uno de los últimos estándares de radio originales que se conservan en el mundo, una ampolla de vidrio llena con 20,28 miligramos de cloruro de radio preparada por Marie Curie en 1913? El NIST lo tiene en el sótano, encerrado en una bañera de acero, enterrado bajo ladrillos de plomo.

El NIST es una especie de acrópolis de lo promedio, un Parnaso de lo prototípico. En ninguna parte esto es más evidente que en su división de Materiales de Referencia Estándar (SRM). Imagínese un almacén con poca iluminación cuyos estantes metálicos están llenos de miles de pequeños frascos cuyas sobrias etiquetas anuncian contenidos como "Orgánicos y oligoelementos del suelo de Nueva Jersey", "Pañuelos de ostra" y "Lodos domésticos". Cada atributo mensurable de estos materiales ha sido examinado y calibrado sin cesar, proporcionando puntos de referencia para probar otras cosas. Steven Choquette, director de la Oficina de Materiales de Referencia, los llama “la verdad en una botella”, cuya muestra puede costar hasta cuatrocientos mil dólares. Últimamente, dice Choquette, la división se ha centrado en productos biofarmacéuticos y está trabajando en el primer SRM del NIST para un material vivo: una línea celular de ovario de hámster chino. También está desarrollando activamente “Heces enteras humanas” (en polvo).

A pesar de todos estos artefactos cuidadosamente seleccionados, parte del trabajo más complicado del NIST se centra en estandarizar y calibrar cosas que ya no son cosas: las unidades de medida mismas. El Sistema Internacional de Unidades, supervisado en última instancia por el BIPM, consta de siete “unidades básicas”. Estos son: el metro, el kilogramo, el amperio, la candela, el mol, el kelvin y el segundo. Hasta hace relativamente poco tiempo, una de las unidades más familiares, el kilogramo, se calibraba con referencia a un objeto físico. Durante más de un siglo, el kilogramo se realizó mediante el Prototipo Internacional del Kilogramo (IPK), un cilindro de platino-iridio, de casi cuatro centímetros de altura, alojado en una bóveda en Francia. Durante años, los investigadores del NIST llevaron prototipos de kilogramos al extranjero para compararlos con el IPK. Pero transportar el kilogramo de un lado a otro corría el riesgo de sufrir un desgaste que podría comprometer su masa. En 2019, el kilogramo pasó a definirse en términos de la constante de Planck (un valor concreto derivado de la mecánica cuántica), lo que lo convirtió en la última de las unidades básicas en renunciar a su artefacto físico.

"Hemos desmaterializado todas nuestras unidades", dijo Leon Chao, investigador del NIST. "Ahora todas nuestras mediciones se derivan de constantes universales". Durante el proceso de desmaterialización, los estándares se democratizaron (no había “un kilogramo” en una bóveda en París), pero los propios dispositivos de medición perdieron su conexión intuitiva con las cosas que estaban midiendo. Kevin Chesnutwood, un ingeniero mecánico del Grupo de Masa y Fuerza del NIST que supervisa la máquina de peso muerto, me dijo que solía decirle a los escolares en las excursiones: "Oye, tenemos este kilogramo y lo llevamos a París cada pocos años y lo comparamos". contra el amo”. El sistema desmaterializado es mucho más difícil de entender para los estudiantes, por lo que intenta no centrarse en él. “Quiero decir, diablos, ni siquiera podemos entender la mitad”, bromeó.

De todas las unidades en las que trabajan los metrólogos del NIST, sólo una nunca ha tenido un artefacto físico: la segunda. Al escuchar a los científicos del NIST, uno tiene la sensación de que el segundo también se ha destacado en otros aspectos. En teoría, “los físicos podrían argumentar que sólo hay una unidad fundamental”, me dijo Chao, con un dejo de vacilación en su voz. "Y creo que eso es tiempo o frecuencia".

Se podría entender que la frecuencia, cuya unidad base es el hercio, soporta todos los demás estándares. "Es muy fundamental", dijo Darine El Haddad, investigadora de la División de Medición Cuántica del NIST. "Si quieres medir todo con precisión, tienes que medir en términos de frecuencia". La medición exacta de la masa se ve favorecida por la frecuencia, pero no al revés. Y una última cosa, me dijo El Haddad: “Es la unidad que se puede medir con mayor precisión”. Hay relojes que funcionan con un nivel de incertidumbre con el que los metrólogos que trabajan con otras unidades sólo podrían soñar.

En este mundo de la metrología, que ha dejado atrás los archivos polvorientos de las cosas físicas en favor de las propiedades fundamentales del universo, parece una especie de broma cósmica que esta unidad intangible y evanescente sea la que se comprende con mayor precisión. Aun así, algo anda mal en el mundo del segundo, el mundo del tiempo. En un mundo de asombrosa exactitud, hay nuevos relojes en el horizonte, capaces de alcanzar una precisión aún mayor, relojes que van más allá de la mera medición y abren nuevas investigaciones sobre el tiempo, sobre el universo mismo. Estas máquinas han contribuido a generar una creciente sospecha de que el segundo (esa unidad básica fundamental sobre la que está construido nuestro reino temporal) a pesar de toda la actividad sincrónica del mundo, a pesar de la llegada de relojes cuya fidelidad teóricamente podría durar más que la propia civilización humana, no es suficiente. realizarse con la mayor exactitud posible. Habiendo venido en busca del origen del tiempo, estaba aprendiendo que precisamente lo que lo impulsa (el segundo estándar) es defectuoso.

¿Qué hace que un segundo sea un segundo? Para la mente, un segundo es fugaz; cuando le prestamos atención, ya se ha ido. Lo sabemos tautológicamente: un segundo es un segundo porque nuestros relojes nos lo dicen (o, tal vez, como los niños, contamos “uno, mil”, a una velocidad que inexactamente consideramos similar a la de un segundo). Si lo presionamos, intuimos que deriva de algún intervalo astronómico, lo que, efectivamente, solía ocurrir. Durante gran parte del siglo XX, el segundo se basó en un estándar del siglo XIX derivado de cálculos astronómicos: 1/86.400 de un día solar medio. Esto puede parecer tranquilizadoramente simple y autoritario, pero se basa en un artificio. Debido a la inclinación de la Tierra y a su órbita elíptica, el movimiento del sol a través del cielo produce días de diferente duración. El día solar medio, para suavizar las inconsistencias, se deriva del movimiento de un sol hipotético e idealizado. Pero este modelo no es óptimo debido a las fluctuaciones diarias en la rotación de la Tierra.

En 1960, se creó un nuevo estándar, la segunda efeméride, derivado de la órbita anual de la Tierra en el año tropical 1900. Un año tropical es el tiempo que le toma a la Tierra orbitar alrededor del sol. De manera confusa (como muchas cosas en el mundo del tiempo), es un poco más largo que un año calendario. Y si el año 1900 parece una elección extraña para un estándar elaborado en 1960, resulta que es el primer año registrado en el influyente libro de 1898 Tables of the Motion of the Earth on Its Axis and Around the Sun, escrito por el canadiense. El astrónomo estadounidense Simon Newcomb.

La segunda efeméride era menos propensa a variar, pero tenía una gran limitación: no se podía ver en acción. "Desde el punto de vista de la metrología práctica, fue un desastre", afirmó Levine. "Está bien, el segundo se define en función de la duración del año 1900. ¿Qué se supone que debo hacer con eso?" En 1967, en la decimotercera Conférence générale des poids et mesures, fue declarada “inadecuada para las necesidades actuales de la metrología”.

Para entonces, el mundo había dado pasos significativos hacia el tiempo atómico. La idea de marcar la frecuencia mediante la vibración de partículas de hidrógeno o sodio (que prometían cambiar los caprichos de los cielos por las frecuencias inmutables de los átomos) se había teorizado desde el siglo XIX. En 1949, el primer reloj atómico ya estaba en funcionamiento. Una década más tarde, un reloj de cesio en el NIST soportaba el estándar de frecuencia estadounidense. En 1967, cuando la Conferencia finalmente acabó con la segunda efeméride, la redefinió como “la duración de 9.192.631.770 períodos de radiación correspondientes a la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio 133”.

Éste es el segundo inescrutable, hiperpreciso y moderno que gobierna nuestras vidas hoy. Representa la culminación de más de un siglo de esfuerzo por estandarizar y sincronizar la frecuencia del tiempo, e incluso convertirla en una mercancía. Como señala el historiador Peter Galison en Los relojes de Einstein, los mapas de Poincaré, no fue hasta el siglo XIX que las manecillas de los minutos se convirtieron en una característica común de los relojes. El tiempo transcurría fluido, sujeto a las idiosincrasias locales; Los pasajeros de las estaciones de ferrocarril francesas disponían de una gran variedad de indicaciones temporales diferentes (hora local, hora de París, hora del tren). Pero a finales del siglo XIX se valoraba la precisión. Los propietarios parisinos de relojes neumáticos, calibrados mediante bocanadas de aire comprimido enviadas a través de tuberías, se preocupaban por los quince segundos que tardaba el aire en llegar a los relojes. "El tiempo sincronizado intervino en la vida de las personas del mismo modo que lo hicieron la energía eléctrica, las aguas residuales o el gas", escribe Galison, "como un fluido circulante de la vida urbana moderna". El reloj se convirtió en la “máquina clave de la era industrial moderna”, como escribió Lewis Mumford, permitiendo la vasta expansión del modo de producción capitalista. La experiencia desigual e irregular del tiempo –lo que Henri Bergson llamó durée– dio paso a una experiencia del tiempo como un “mundo independiente, reglamentado, de secuencias matemáticamente mensurables”.

Hay relojes en el laboratorio de Boulder del NIST que se prevé que no aceleren ni aceleren un segundo en trescientos millones de años. Pero ¿quién necesita este tipo de precisión asombrosa, esta puntualidad infinitesimal? Olvídese del milisegundo: la mayoría de nosotros, como me dijo Levine, ni siquiera somos "personas de un segundo". Pocas cosas en la vida están tan calibradas: no llegamos a una cita con el médico o a una parada de autobús pensando en intervalos de menos de un minuto. Se cree que la conciencia humana de cualquier momento discreto alcanza su máximo en una décima de segundo. (La psicología del siglo XIX llamó a esto “la ecuación personal”.) Según su propia explicación, la escala de tiempo del NIST “típicamente difiere de UTC en menos de tres milmillonésimas de segundo”, un error que va mucho más allá de la percepción de la mayoría. El NIST realiza el tráfico en nanosegundos, una unidad de tiempo que sólo comprenden las máquinas y que sólo es relevante para los “usuarios serios”, como los llama Levine, aquellos a quienes “les importa el nivel de nanosegundos”, como los operadores de Wall Street, que pagan más de mil dólares. al mes para tener una imagen del tiempo más precisa que el público en general.

Pero incluso para el resto de nosotros, el segundo juega un papel más importante de lo que podríamos pensar. Consideremos el GPS: no sólo permite una serie de servicios esenciales en nuestra vida diaria (el sistema de navegación de nuestro automóvil, nuestros Fitbits, nuestros teléfonos inteligentes), sino que es uno de los medios por los cuales se distribuye la hora estándar en todo el mundo (las varias docenas de satélites que forman cada uno mantiene sus propios calendarios). Sincronizar los relojes a distancia ha sido un problema durante mucho tiempo. Hace varias décadas, el proceso de comparar los relojes maestros del NIST con la hora estándar implicaba volar a París con dos relojes de iridio de cincuenta libras como equipaje de mano. Aproximadamente dos veces al año, Levine o uno de sus colegas viajaba de Boulder a Francia, haciendo escala en Washington Dulles para comparar los relojes con los del Observatorio Naval. Una vez en París, Levine se apresuraba a ir a las oficinas del Bureau International de l'heure (los relojes tenían una batería que duraba veinticuatro horas). Allí se compararían los relojes, no mediante algo tan tosco como el ojo humano, sino mediante una máquina especial conocida como contador de intervalos de tiempo. Con los relojes así sincronizados, Levine regresaría a Boulder. Hizo esto durante años, hasta 1978, cuando la Fuerza Aérea lanzó el primer satélite GPS.

Para que el GPS funcione, necesita una sincronización ultraexacta: una precisión dentro de quince metros requiere una precisión del orden de cincuenta nanosegundos. Las redes 5G que alimentan nuestros teléfonos móviles exigen niveles cada vez más precisos de sincronización de las torres de telefonía móvil o las llamadas se cortan. Mientras tanto, las redes eléctricas cada vez más interconectadas dependen de una sincronización casi instantánea para proporcionar un suministro de energía eficiente y evitar fallas en la red. Cualquier jugador en línea conocerá la latencia de su sistema, medida en milisegundos. Y como Mumford podría haber predicho, en ningún lugar el tiempo se ha vuelto tan fetichizado como en el sector financiero, con la aparición en la última década del comercio algorítmico de alta frecuencia. Donald MacKenzie, autor de Trading at the Speed ​​of Light, estimó en 2019 que un programa comercial podría recibir datos del mercado y activar una orden en ochenta y cuatro nanosegundos, o ochenta y cuatro milmillonésimas de segundo. Esto está muy lejos de los años noventa, cuando muchos de los relojes de las casas de bolsa marcaban la hora de las transacciones con un nivel de granularidad de un minuto. No, no somos "personas de un segundo". Vivimos en un mundo que se mueve mucho más rápido que eso.

El corazón palpitante de la hora del país es el NIST-F1, uno de los relojes de fuente de cesio que ayudan a mantener el tictac estándar. Tiene un aire steampunk, todo cobre, aluminio, cables y tubos; Un cartel en broma cerca dice que no se puede jugar dentro o alrededor de la fuente. Como lo describió Elizabeth Donley, jefa de la División de Tiempo y Frecuencia del NIST, una bola de átomos de cesio, introducida en el vacío y enfriada con láseres, se lanza hacia arriba y vuelve a caer a través de una cámara tubular, como en una fuente, mientras se “interrogados” en el punto medio de su viaje por una serie de microondas. "Luego se detectan los átomos al final para ver si han cambiado de estado", dijo Donley, lo que se hace sondeándolos con un láser para ver si emiten luz. El microondas de interrogación se ajusta para que resuene con los átomos. Cuando se alcanza esa resonancia, el NIST cuenta, utilizando otro instrumento, la asombrosa cifra de 9.192.631.770 períodos del campo de microondas. Ésa es la frecuencia establecida en Francia en 1967; es decir, el segundo tal y como lo conocemos.

NIST-F1 no se ejecuta todo el tiempo. Donley dijo que actúa más como un “diapasón” que calibra los másers o láseres de microondas, ayudando a mantenerlos sincronizados. Los másers son parte del calendario para determinar el estándar nacional. De hecho, no existe ningún reloj que indique la hora oficial en los Estados Unidos. El NIST tiene un conjunto de unos veinte relojes atómicos, en su mayoría máseres y algunos relojes de cesio, repartidos por todo su campus, para garantizar la redundancia en caso de una interrupción. Todo esto ingresa a una pequeña habitación llena de máquinas parpadeantes. Jeff Sherman, investigador del Grupo de Distribución y Realización del Tiempo del NIST, explicó que todas las señales que llegan (ninguna de las cuales, dijo, tiene "la frecuencia absolutamente correcta") se utilizan para calcular una especie de promedio móvil, siendo las más predecibles relojes reciben una mayor ponderación. Señaló un banco de luces intermitentes. "Estos dispositivos son realmente simples", dijo. "Simplemente cuentan cinco millones de oscilaciones, encienden una luz y cuentan cinco millones de oscilaciones". Señaló una luz parpadeante en particular que, señaló, “indica el comienzo del segundo en los Estados Unidos”.

Si bien el F1 no se parece en nada a un reloj tradicional, ni funciona constantemente, no es, en términos generales, tan diferente de cualquier otro reloj. "Marcamos el tiempo contando eventos periódicos", dijo Donley. "Ya sea la Tierra orbitando alrededor del Sol para formar un año, o la Tierra girando para formar un día o un péndulo oscilando". Éste cuenta las nueve mil millones de veces que se excita un metal alcalino y lo llama segundo. En los años veinte, me dijo Sherman, los investigadores que buscaban un mejor resonador para las frecuencias de radio encontraron cristales de cuarzo, que vibraban a una frecuencia generalmente confiable. “Era la carrera”, dijo. Poco después aparecieron los relojes de cuarzo. La idea era confiar en objetos cuyos ritmos internos fueran más estables que los del movimiento de la Tierra. Y los objetos más estables son los átomos. Lo que los hace tan atractivos desde la perspectiva del cronometraje, explicó Sherman, es que “el hidrógeno en Boulder es el mismo que el hidrógeno en París y es el mismo que el hidrógeno que podríamos obtener dentro de veinte años. No necesitan pilas, no se desgastan. No cambian cuando los miras, al menos en su estructura”.

Sherman comparó los átomos con campanas. Todas las campanas emitirán una nota cuando se golpeen, pero esa nota variará según la forma de la campana. Cuando los átomos chocan, producen energía cargada; las longitudes de onda de esa energía variarán dependiendo de la forma del átomo. La frecuencia a la que oscila un átomo como el cesio es, dijo, “más o menos arbitraria y no tiene nada que ver con el segundo, la hora o el minuto. Acabamos de decidir que vamos a contar el tiempo contando esas oscilaciones”.

Cuando el tiempo se basaba en la astronomía, escribió Levine, la frecuencia era una "cantidad derivada que estaba implícitamente definida por observaciones astronómicas". Eso empezó a cambiar a medida que llegaron nuevas tecnologías, como las ondas de radio, que dependían más de la frecuencia (cuántos eventos ocurren en un período de tiempo determinado) que del tiempo mismo (una forma de marcar cuándo ocurren los eventos). Por ejemplo, cuando escuchas KROQ-FM en Los Ángeles, en 106,7 en el dial de la radio, las ondas sinusoidales de radio que alimentan esa música se emiten a 106.700.000 ciclos por segundo; su sintonizador de radio, configurado en esa estación, resonará en la misma frecuencia. Con el aumento de la frecuencia, así como de la mecánica cuántica, el tiempo comenzó a construirse desde cero, utilizando las frecuencias infinitesimales de los átomos, en lugar de desde arriba, utilizando el movimiento de los objetos celestes. Todo esto hace que la F1 sea asombrosamente precisa: ganará o perderá sólo un segundo cada 100.000.000 de años. Desde los días en que el tiempo se definía astronómicamente, se estima que la precisión del segundo ha aumentado en una magnitud de ocho.

Dado nuestro momento exquisitamente realizado, uno podría suponer que con el tiempo y la frecuencia la gente ha pasado a otros asuntos. Pero el segundo todavía adolece de dos problemas distintos. El primero es de continuidad. Cada vez que se ha redefinido el segundo, se ha hecho un esfuerzo, generalmente mediante cálculos prolongados, para vincularlo a versiones anteriores del segundo. A pesar del predominio del tiempo atómico, las escalas de tiempo astronómicas todavía existen y ambas se mantienen en armonía. Levine cree que el traspaso más reciente presentó algunos problemas. "Los relojes de cesio inmediatamente comenzaron a funcionar más rápido con respecto a la escala de tiempo astronómica", dijo. Como resultado, la comunidad horaria internacional ha tenido que insertar segundos intercalares periódicos en la escala. El tiempo atómico esencialmente se detiene durante un segundo completo para permitir que el tiempo astronómico se ponga al día. (Para aumentar la confusión, algunos relojes marcan las 23:59:59 dos veces, mientras que otros se detienen a las 24:00:00). No todo el mundo lo hace de esta manera. “Lugares como Google, por ejemplo, lo difaman”, me dijo Donley. En otras palabras, en lugar de detener el tiempo, ajustarán sutilmente la frecuencia de los relojes atómicos, “para ponerse al día”.

La segunda cuestión, más importante, es que aunque los actuales relojes de fuente de cesio del NIST han visto su precisión aumentar en un factor de diez desde su creación, existe una nueva generación de relojes ópticos que, según Donley, son aproximadamente cien veces más precisos que los anteriores. más preciso aún. Los relojes ópticos funcionan de manera muy parecida a los relojes atómicos, excepto que las ondas de interrogación están compuestas de una frecuencia óptica (es decir, luz) que es unas cien mil veces mayor que la de las microondas. Cuantos más ticks, más información, más precisión.

Hay un embriagador susurro competitivo en el mundo de los relojes ópticos, y cada grupo de investigación promociona su elemento preferido: ¡el iterbio! ¡estroncio! ¡mercurio!—como la Única Frecuencia Verdadera. Cada uno tiene sus propias virtudes y debilidades. Algunos son más costosos, otros son más fáciles de operar. Los relojes de estroncio son estables, lo que resulta bueno para realizar mediciones de precisión. El ion aluminio tiene una de las incertidumbres sistemáticas más bajas, pero lleva mucho tiempo medirlo. "Es una situación realmente extraña que tengamos tantos relojes que funcionan mejor que el estándar", dijo David Hume, físico del NIST que está trabajando en un reloj de iones de aluminio. "Eso no es lo normal cuando se trabaja en nuevos estándares de medición".

Y así, en los laboratorios, conferencias y llamadas de Zoom del mundo de la metrología, ha comenzado una vez más una conversación sobre cómo redefinir el estándar. Levine analizó las opciones. "Número uno, todos tienen su reloj favorito y declaramos que uno es el ganador, todos los demás son 'representaciones secundarias', iguales al nivel del 99 por ciento", dijo. “Número dos, tomo un promedio de todos los ganadores y ese es el ganador. Número tres, ya no defino un estándar de frecuencia”. En otras palabras, definir la frecuencia indirectamente a través de alguna otra constante, como la masa del electrón, excepto que, dice, no podemos medir ninguna de estas cosas con suficiente precisión. "Mi voto personal", dijo, "es por la primera opción".

No es probable que veamos un nuevo segundo estándar antes del final de la década. Aún no se ha logrado un consenso internacional, los relojes ópticos son todavía prototipos y es imposible comparar relojes en distintos lugares sin degradar su rendimiento. Y para las necesidades de la industria y la sociedad actuales, el segundo actual está bien. Pero ¿quién sabe qué tecnologías surgirán y qué niveles de precisión requerirán?

Sin embargo, cuanto más precisamente se mide el tiempo, menos comienza a sentirse como tal. Los cronometradores de vanguardia, como me dijo Sherman, “en realidad no cuentan los segundos”, al menos no en el sentido que reconoceríamos. Más bien, los físicos que estudian problemas de orden superior están “comparando ritmos de diferentes campanas. Quieren estudiar la estructura de un átomo y necesitan comparar el sonido con el nuestro, que se mantiene según algún tipo de estándar”. Sugirió que variaciones sutiles en estos tics podrían abrir puertas a una “nueva física”, ayudándonos quizás a comprender mejor fenómenos como la materia oscura, ese cuerpo misterioso que constituye alrededor del 85 por ciento de la masa total del universo. "Un reloj con una precisión de un segundo mayor que la edad del cosmos", dijo Patrick Gill, físico del Laboratorio Nacional de Física del Reino Unido, en New Scientist, "permitiría comprobar si las leyes y constantes físicas han variado a lo largo de la edad del universo". historia."

Por ahora, estos relojes al menos pueden confirmar la antigua física. "Si elevaras este reloj un centímetro", me dijo Hume, "podrías discernir una diferencia en el ritmo del tictac". La razón es la teoría de la relatividad de Einstein: el tiempo difiere dependiendo de dónde lo experimentes. Cuando estás de pie, tu cabeza existe en una escala de tiempo ligeramente diferente a la de tus pies. Pero esta precisión conlleva una realidad aleccionadora. “No existen sólo dos tiempos”, señala el físico Carlo Rovelli en El orden del tiempo. “Los tiempos son legión: uno diferente para cada punto del espacio”. Lo que pensamos del presente, escribe, “no se extiende por todo el universo”. Más bien, “es como una burbuja a nuestro alrededor”. El “ahora bien definido”, como él lo llama, “es una ilusión”.

La relatividad plantea la cuestión de si alguna vez podremos, en última instancia e indiscutiblemente, saber qué hora es, o si incluso tiene sentido preguntar. En más de una ocasión, en mis conversaciones con físicos, llegábamos a algún tema irritante sobre el tiempo, y ellos hacían una pausa y decían algo como: "Bueno, ahora esto se vuelve filosófico". Pero inevitablemente se retirarían al puerto seguro de la metrología. “Lo que pensamos sobre el tiempo”, como dice el libro del NIST From Sundials to Atomic Clocks, “es menos importante para definirlo que cómo lo medimos”. Había venido buscando certeza, pero seguí encontrando lo opuesto. “En metrología”, me dijo Chao, “el nombre del juego es, al final del día, ¿cuál es su incertidumbre?” La precisión, al medir el kilogramo o el segundo, quizás se trate menos de saber que uno tiene razón que de tener una comprensión dolorosamente exacta de con qué frecuencia es probable que se equivoque.

Hacia el final de mi visita, en la pequeña sala donde los máseres de hidrógeno bombean el tiempo agregado preciso en el que vivimos ahora, Sherman explicó los diversos problemas que puede enfrentar un reloj: temperatura, campos magnéticos, humedad. Se trataba de problemas tecnológicos con soluciones tecnológicas. Pero, como ocurre con todos los aspectos de la medida del tiempo, había una advertencia. Deducir el tiempo de los átomos, dijo Sherman, está limitado por el hecho de que cuando se mide un átomo, se obtiene un bit de información, ya sea que esté en su estado fundamental o no. "Si tienes un número finito de átomos", dijo, "sólo puedes tener una cantidad finita de conocimiento sobre la frecuencia". Incluso si de alguna manera pudiéramos reunir todos los átomos del universo para construir dos relojes, “inmediatamente se desviarían en una cantidad muy pequeña”. Todos los relojes se desvían.

"Entonces, ¿qué haces al respecto?" Preguntó Sherman, sin esperar mi respuesta. Al final, medir el tiempo contando procesos periódicos siempre tendrá limitaciones fundamentales. "Este aspecto estadístico de la mecánica cuántica arroja una cosa más a la basura: un reloj conceptualmente perfecto", dijo. "No puede existir".

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es el autor, más recientemente, de Principiantes: la alegría y el poder transformador del aprendizaje permanente.

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