El tiempo y su medida (II)

En una entrada anterior comenzábamos el estudio de la medida de esa magnitud tan escurridiza como es el tiempo. Y finalizábamos con el hecho de que se adoptara la emisión del Cesio como el patrón para la definición del concepto de segundo por parte de la Oficina Internacional de Pesas y Medidas. Así tenemos que:

Un segundo es la duración de 9.192.631.770 ciclos de la radiación asociada a la transición hiperfina desde el estado fundamental del isótopo de Cesio 133 en reposo a una temperatura de 0ºK.

Y con esta definición llegamos a las unidades de medida de esta magnitud física. Para llegar a la misma se ha seguido un largo camino. Los inicios los podemos encontrar en otra entrada de esta web. Y podemos decir que la primera definición oficial del segundo aceptada universalmente data del año 1884. En esta fecha se definió el concepto de Tiempo Universal (UT) como el Tiempo Solar Medio en el meridiano de Greenwich, y un segundo se definió como 1/86400 de la duración de un día solar medio.

 

El problema de esta definición es que ya desde el siglo XVIII se habían ido acumulando evidencias significativas de que la rotación de la Tierra no es uniforme. Y esto ya se confirmó con el uso de los relojes de cuarzo en la década de 1920. Las causas de estas irregularidades son tres:

  • La velocidad de rotación de la Tierra decrece por el efecto marea de la Luna.
  • Los polos terrestres realizan un movimiento aproximadamente circular de varios metros de amplitud al año respecto del polo asociado a la figura geométrica de la Tierra.
  • Las fluctuaciones regulares asociadas con las variaciones estacionales sobre la superficie de la Tierra, debidas a la conservación del momento angular por los cambios estacionales producidos por las masas de agua.

Debido a estos cambios, en el año 1960 se introdujeron escalas variables en el Tiempo Universal, que requerían determinados ajustes. El segundo pasó a definirse como 1/731 556 925,9747 del año trópico de 1900. Además, el UT pasó a disponerse en tres tipos de escalas de UT. La denominada UT0, que es la anterior, asociada a la rotación terrestre con todas sus irregularidades. UT1, la escala anterior corregida por el movimiento del polo, que sirve para las observaciones astronómicas y para el cálculo de las efemérides de los objetos celestes, naturales o artificiales. Finalmente la escala UT2 es un intento de hacer la escala más uniforme y de eliminar las fluctuaciones estacionales de la escala UT1.

Finalmente, en el año 1967 se procedió a definir, de nuevo, el concepto de segundo con base en el átomo de Cesio, en la forma indicada anteriormente. Esta definición tiene una precisión del orden de 10 elevado a -13, es decir, de un segundo de error cada 300.000 años. También se definió un nuevo concepto, el Tiempo Atómico Internacional (TAI), sincronizado con el UT a las 0:00:00 del día 1 de enero de 1958, y que desde entonces está mantenido por la Oficina Internacional de Pesas y Medidas, contabilizando los segundos así definidos a partir de ese punto. El TAI marca el transcurso del tiempo oficial de manera independiente a la rotación de nuestro planeta.

La introducción de este nuevo concepto conllevó un nuevo problema, y es que el TAI, al no tener relación alguna con la rotación, se aparta lentamente del UT, debido a que la duración del día solar medio va ligeramente en aumento, por lo que actualmente la diferencia ya ha alcanzado 34 segundos con respecto a su introducción. Para resolver esta discrepancia se acordó en 1970 introducir el concepto de Tiempo Universal Coordinado (UTC) como escala de uso civil, y que tuviese la misma unidad que el Tiempo Atómico Internacional, pero que, a su vez, se mantuviese en sincronía con la rotación terrestre, para lo cual habría que intercalar o sustraer un segundo a final de año según fuera necesario. La regla actual dice que el UTC debe permanecer siempre a una distancia máxima de 0,9 segundos respecto de la escala UT1.

Para lograr esta sincronía, en las fechas del 30 de junio o 31 de diciembre de cada año, a las 24:00:00 el Servicio Internacional de Rotación de la Tierra y Sistemas de Referencia (IERS) decide la conveniencia de añadir un segundo intercalar, lo que se ha hecho 25 veces desde que se definió este método, la última en junio de 2012.

Así pues, y pese a la dificultad de su definición teórica, el tiempo es quizá la magnitud física que se ha podido medir de manera más precisa, lo que ha llevado a que sea la base para la medida de otras. Por ejemplo, el metro también se define actualmente a partir del segundo y usando la constancia de la velocidad de la luz, en vez de aquella definición clásica de la diezmillónesima parte de la longitud del cuadrante del meridiano terrestre.

 

Fernando Cuartero

 

Chercher? pas seulment: créer. Il est en face de quelque chose qui n'est pas encore et que seul il peut réaliser, puis faire entrer dans sa lumière.

M. Proust. A la Recherche du Temps Perdu

 

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