¿Son exactos los relojes?

Francisco Javier Galindo

La relación de la ciencia con la concepción del tiempo es una ‘carrera tecnológica’ en busca de los procesos que otorguen mayor exactitud a la determinación de la hora. Los primeros criterios se basaron en la dinámica de los astros del Sistema Solar, concretamente en los movimientos de la Tierra, tanto sobre su propio eje (rotación) como alrededor del Sol (traslación). En sus orígenes, la necesidad de concebir el tiempo surgió especialmente en ámbitos como la navegación. “Los marinos necesitaban mirar las estrellas para calcular su posición, dado que la Tierra gira no siempre vemos las estrellas en el mismo sitio, por eso era necesario incluir la componente temporal”, explica el capitán de navío jefe de la sección de Hora del Real Instituto y Observatorio de la Armada (ROA), Francisco Javier Galindo

“La dinámica de los astros, no obstante, es un sistema demasiado irregular para determinar la hora con precisión”, matiza el experto. Tanto los movimientos de rotación como de traslación del planeta terrestre no tienen el nivel de exactitud y precisión que exigen los relojes actuales para marcar la hora. “La Tierra es una coctelera, al margen de los mencionados se producen otros desplazamientos en ella mucho más difíciles de medir”, añade Galindo. Este es el caso, por ejemplo, del conocido como movimiento del polo (la oscilación que experimenta el eje de rotación de la Tierra con respecto a la corteza terrestre) cuyas causas tienen que ver, en gran medida, con determinadas cualidades del planeta.

Dada esta imprecisión, el cálculo del tiempo pasó a depender de patrones físicos que resultaban mucho más exactos para determinar cantidades y espacios temporales concretos. Fue así como a partir de 1967 empezaron a utilizarse formalmente relojes atómicos para fijar la hora mundial. Estos sistemas calculan la duración de un segundo en base a la radiación emitida por el isótopo 133 del átomo de Cesio durante un proceso de transición, es decir, establecen la duración de un segundo en base a un fenómeno físico que producido en las mismas circunstancias siempre dura lo mismo.

“Este salto supuso pasar de escalas temporales basadas en la dinámica, es decir, en el movimiento astral, a escalas integradas, que calculan un determinado intervalo de tiempo que van sumando o integrando sin solución de continuidad”, destaca el experto. Francisco Javier Galindo matiza que si este cambio no se produjo antes fue porque aún no se tenía la capacidad científica necesaria para determinar la duración de un fenómeno físico periódico con tal grado de exactitud. “Las metodologías para determinar la hora han pasado a depender de patrones físicos consiguiendo cada vez mayor precisión y menor margen de error”, añade Galindo.

De este modo, los relojes de péndulo, que fueron muy populares a lo largo del siglo XIX, perdían una media de cuatro o cinco segundos al día. En contraste con ellos, apunta el experto, los relojes de pulsera de cuarzo, que son los más comercializados actualmente y que se desarrollaron a partir de los años 50, pierden un segundo cada 15 días. Estos últimos basan su funcionamiento en una pequeña placa de cuarzo que vibra sometida a la acción de un campo electromagnético, la frecuencia de estas vibraciones es la que se tiene en cuenta para determinar la duración de un segundo.

Meridiano de Greenwich

Escalas temporales

Paralelamente al desarrollo científico y tecnológico que mejoró los procesos para calcular el tiempo, también progresó el interés y la conciencia social por establecer escalas que funcionasen a nivel global y que determinasen la hora para todo el mundo. “En 1884 se celebró en Washington la ‘Conferencia Internacional del Meridiano’, en la que se sentaron las bases para establecer los husos horarios a partir del Meridiano de Greenwich”, aclara el científico.

“Actualmente la escala del Tiempo Atómico Internacional (TAI) es la mayor referencia a nivel mundial para determinar la hora”, asegura. Ésta se obtiene comparando los relojes atómicos más precisos de todo el mundo y a partir de ella se obtiene, por ejemplo, el Tiempo Universal Coordinado (UTC), que es el principal estándar por el cual el mundo regula los relojes. “Buscamos que el cálculo de la hora sea lo más exacto posible, por supuesto, pero también queremos que las escalas de tiempo que rigen nuestras vidas vaya en relación con el sol, para que el medio día marcado por el reloj sea también el medido día marcado en el cielo”.

Por otro lado, la escala del Tiempo Terrestre (TT) es la coordenada que se utiliza para las medidas de tiempo de las observaciones astronómicas hechas en la superficie de la Tierra. Este sistema se basa igualmente en el TAI aunque mantiene con él una diferencia de 32.184 segundos para adaptarse mejor a los fenómenos observados.

De esta manera, el Real Observatorio de la Armada fija la hora para toda España y participa, además, en la determinación del tiempo a nivel mundial. “Sistemáticamente realizamos una comparación interna entre los relojes que tenemos en el Observatorio para determinar cuáles de ellos son más exactos y cuáles menos”, destaca el experto. Los datos resultantes, así como aquellos que proceden de comparar a distancia estos dispositivos con los de otros laboratorios, se envían a la Oficina Internacional de Pesas y Medidas (BIPM por sus siglas en francés, Bureau International des Poids et Mesures).

El BIPM realiza igualmente una comparación entre los datos enviados por más de 70 observatorios repartidos por todo el mundo que juntos suman más de 400 relojes de laboratorio. A partir de estos elaboran la Escala Atómica Libre en la que se basará el TAI y, por consiguiente, el resto de escalas utilizadas para establecer la hora.

“Desde el Observatorio también diseñamos nuestra propia escala para determinar la hora en nuestro país, que denominamos UTC (ROA), y que a diferencia de UTC es una escala accesible en tiempo real”, añade Francisco Javier Galindo, y es que la propia sistemática asociada a la determinación de UTC por parte del BIPM la convierte en una escala de acceso diferido o retardado, lo que le hace ser altamente precisa y exacta, pero de uso poco práctico. El experto subraya que a las escalas temporales de referencia nacional se les exige un margen de error inferior a los 100 nanosegundos (la milmillonésima parte de un segundo). “El Observatorio está en el margen de cinco nanosegundos”, concluye.