Como você mede um segundo?

Faz 13,6 bilhões de anos desde o Big Bang e, como é inútil perguntar-se o que aconteceu antes, podemos supor que o Big Bang foi o evento em que o conceito de tempo nasceu.

Para entender a verdadeira importância do tempo, considere um problema simples na vida real. Se você tivesse que conhecer alguém e explicar-lhes onde a reunião teria lugar, você provavelmente iria dizer-lhes o seu endereço exato eo tempo que você estará disponível. O endereço explica sua posição no universo e representa as três dimensões espaciais. A quarta dimensão, o tempo, é também uma peça de informação necessária para saber se você estaria lá para enfrentá-los ou não. Essas quatro dimensões devem ser especificadas e podem ser usadas para prever corretamente a posição de um objeto no espaço-tempo.

Há duas grandes interpretações contrastantes do tempo. Uma visão é que o tempo é uma parte fundamental do universo, uma dimensão na qual os eventos ocorrem, embora o tempo em si seja independente desses eventos. O segundo ponto de vista é que o tempo não é mensurável nem pode ser atravessado. Se a passagem do tempo é “sentida” como uma sensação ainda é uma questão de debate.

Medição temporal começou cerca de 6.000 anos atrás, quando a lua foi usada para acompanhar o tempo de passagem. Os calendários começaram então a aparecer, caracterizando o movimento aparente do Sun como o método da medida. Gradualmente, as pessoas sentiram a necessidade de manter o controle da mudança de tempo durante um único dia, então o “relógio” nasceu. Os números doze e treze vieram a destacar-se em muitas culturas, pelo menos em parte devido à sua semelhança com o número de meses em um ano.

Desde 1967, a definição da unidade base para o tempo foi escolhida como a “segunda”. Sob o Sistema Internacional de Unidades, que atribui unidades SI a quantidades físicas, um segundo é definido em relação ao tempo que leva para oscilar um átomo de césio. Apenas para ser tecnicamente preciso, um segundo é definido como a duração de 9.192.631.770 períodos da radiação correspondente à transição entre os dois níveis hiperfina do estado fundamental de um átomo de césio 133. Embora isso possa ser um pouco difícil de entender, o que realmente transmite é que o relógio de césio é incrivelmente preciso. É tão preciso que durante 30 dias, tem um erro de apenas 1 nanosegundo, que é 10 ^ -9 (milésimo de milésimo de milésimo) de um segundo real.

Embora a precisão de tais métodos de medição dificilmente pode ser notado pelos seres humanos, é muito significativo para a navegação GPS. Muitos satélites que giram ao redor da Terra em uma órbita geoestacionária são usados ​​para fins de navegação. Este avanço tecnológico, usado por nós na forma de GPS, é especialmente dependente da medição do tempo. A razão pela qual relógios encontrar problemas a bordo de satélites é realmente muito interessante. Para entender isso, porém, precisamos mergulhar em algo mais técnico chamado “A Teoria Especial da Relatividade”.

Na teoria da relatividade, Einstein explica que o tempo move-se mais lento para um pulso de disparo em um satélite que gira em torno da terra. Este efeito não surge nem dos aspectos técnicos dos relógios, nem do tempo de propagação dos sinais, mas sim da natureza do espaço-tempo. Se a massa da Terra fosse aumentar, o tempo seria ainda mais lento para os relógios do satélite. A relatividade prediz que os relógios atômicos dos satélites devem cair atrás de relógios na superfície da Terra em cerca de 7 microssegundos por dia, como resultado da taxa de tiquetaque mais lenta, que é causada pelo efeito de dilatação do tempo de seu movimento relativo em torno da Terra.

Precisão extrema é requerida para um sistema do GPS, assim se estes efeitos da dilatação do tempo não forem levados em consideração, os erros no posicionamento global continuarão a acumular na taxa de 10 quilômetros por o dia! Todo o sistema seria totalmente inútil em um tempo muito curto. Cada satélite precisa redefinir seus relógios todos os dias para compensar essas perdas. Os erros de 7 microssegundos por dia podem não parecer muito na escala de tempo humana, mas um relógio atômico como o que usa Cesium 133 pode facilmente detectá-lo.

Então … nós sabemos que o sistema SI mede um segundo em termos das oscilações de um átomo de Césio 133, mas pesquisadores na Alemanha encontraram uma maneira de fazer o relógio mais preciso já criado. Este novo relógio usa átomos de estrôncio em vez disso, que oscilam ainda mais rápido do que os átomos de césio. Se um segundo foi definido em termos de estrôncio, a unidade SI equivalente seria tão longa quanto 429.000 bilhões de ciclos, que é 50.000 vezes mais do que o número em um ciclo de Césio. Enquanto o relógio de césio perdeu 1 nanosegundo em 30 dias, o novo relógio de estrôncio perderia apenas 0,2 nanossegundos em 30 dias. Este aumento de cinco vezes de precisão seria muito benéfico para os bancos cujas transferências financeiras são dependentes de intervalos de tempo.

Em outras palavras, se o relógio de estrôncio estivesse em operação desde o Big Bang, teria perdido apenas 100 segundos em 13,6 bilhões de anos. Este tipo de precisão altera o comprimento de segundos, minutos e horas por uma quantidade minúscula, mas melhora a precisão de um relógio atômico exponencialmente. Com esta mudança totalmente incorporada em satélites, a necessidade de tempo constante de manutenção seria reduzida, levando a uma melhor tecnologia de posicionamento. Embora mudar a definição de tempo possa levar décadas, devido aos inevitáveis ​​problemas de cooperação entre diferentes campos, certamente acontecerá eventualmente.

Tecnicamente, o tempo seria mais lento para todos os efeitos, devido a esta simples mudança na medição do tempo. Pode-se dizer que estes cientistas alemães tomaram um ditado particular dizendo muito a sério:“Não se trata de ter tempo, é fazer isso”.Além disso, isso pode vir como uma boa notícia para todos os procrastinadores lá fora, embora, como dissemos, este A mudança provavelmente nunca será notada por você!