La estandarización del tiempo
- Nuno Margalha
- 6 jul
- 10 Min. de lectura
La realidad nace en nuestras manos. Si dudamos de la existencia de algo, extendemos el dedo índice y lo tocamos. El teclado de tu ordenador o el cristal de tu móvil son reales, existen. Tus dedos pueden confirmarlo con claridad. Nosotros mismos sabemos que existimos en este mundo. Si tienes dudas, hay dos maneras de confirmarlo: la primera es pellizcarte el brazo, una técnica muy utilizada. También puedes, en este mismo instante, preguntarle a la persona más cercana si existe. Esperemos. ¿Fue afirmativa la respuesta? Entonces debe ser cierto que existe. ¿Fue negativa? Confirma que la persona que tienes a tu lado existe realmente, extiende el dedo índice y tócala. ¿Existe? La conclusión del experimento depende de ti. Nuestras manos parecen, de esta manera, ser la cuna de la realidad. ¿Es realmente así?
Todo lo que hacemos, lo hacemos en nuestro propio mundo; no podemos tocar otros mundos, ni siquiera pisarlos. Quizás por eso es tan difícil creer en la existencia de mundos más allá del nuestro. Según una de las pocas teorías que intentan ilustrarnos sobre este tema, existen otros mundos en los que también existimos. Los físicos, en la cúspide de su creatividad, han bautizado esta teoría como la «Interpretación de los Muchos Mundos». El autor de la idea es Hugh Everett III. A los 12 años, Hugh Everett III envió una carta a Albert Einstein para aclarar qué ocurriría si una fuerza imparable actuara sobre un objeto inmóvil. La respuesta fue la siguiente:
Querido Hugh: No existe una fuerza irresistible ni un cuerpo inamovible. Pero parece haber un joven muy testarudo que ha luchado con éxito a través de extrañas dificultades que él mismo creó. Atentamente, A. Einstein.
Quizás fue esta respuesta del mayor genio de la física lo que lo motivó a dedicarse a la física, quizás las historias de su madre, o quizás sus estudios sobre las balas de fusil de su padre. No lo sabemos. Lo que sí sabemos es que Hugh Everett III fue un genio en diversas áreas y creó una de las soluciones más interesantes para ilustrarnos sobre el funcionamiento de la mecánica cuántica. Su Interpretación de los Muchos Mundos se acepta actualmente en física como una de las principales teorías de la mecánica cuántica, pero no siempre fue así.
LA INTERPRETACIÓN DE COPENHAGUE
En 1912, el empresario belga Ernest Solvay fundó las Conferencias Solvay (1), que se celebraban cada tres años. La quinta conferencia, celebrada en octubre de 1927 sobre electrones y fotones, fue una de las más importantes de todos los tiempos. Asistieron 29 científicos, 17 de los cuales habían ganado o ganarían el Premio Nobel. Entre ellos se encontraban figuras tan conocidas como Albert Einstein, Niels Bohr, Max Planck y Erwin Schrödinger. En esta conferencia se debatió la recién formulada teoría cuántica, especialmente en un famoso debate entre Einstein y Bohr sobre el comportamiento del electrón. De esta conferencia surgió la famosa «Interpretación de Copenhague». Para comprenderla, primero debemos conocer el descubrimiento de Schrödinger dos años antes, en 1925.
Schrödinger demostró, mediante su ecuación, que si bien en una visión macroscópica del mundo la segunda ley de Newton ( F = m a ) obtenía buenos resultados, a nivel cuántico esto no ocurría.
La ecuación de Schrödinger nos permite calcular la energía de los orbitales electrónicos y demuestra que no es posible predecir la posición exacta de un electrón. Esta imposibilidad se debe a que los electrones se encuentran en superposición, es decir, en varias posiciones simultáneamente. Si se encuentran en varias posiciones simultáneamente, se puede decir que no se comportan como partículas, sino como ondas. Sin embargo, cuando observamos un electrón, lo vemos como si fuera una partícula. La Interpretación de Copenhague argumenta entonces que un electrón se comporta como una onda, pero cuando se observa, su función de onda colapsa y se convierte en una partícula. Esta fue precisamente la idea de Bohr, con la que Einstein discrepó. Se dice que, tras este debate, Einstein pronunció su famosa frase:
«Dios no juega a los dados»
Refiriéndose al hecho de que la solución presentada por Bohr para explicar la transición entre onda y partícula se basa en la probabilidad y también depende del observador. La respuesta de Bohr fue simple:
«Einstein, deja de decirle a Dios lo que tiene que hacer».
Tras años de observar el mundo a través de la física clásica de Newton, estos genios se enfrentaron a una realidad imposible de confirmar. El propio Schrödinger, autor de la ecuación que dio origen a toda esta controversia, consideraba absurda la idea del colapso de la función de onda. Hasta el punto de sugerir uno de los experimentos más ingeniosos de la física, conocido hoy como el experimento del gato de Schrödinger.
EL GATO DE SCHRÖDINGER
El experimento del Gato de Schrödinger busca ejemplificar la aplicación absurda de la Interpretación de Copenhague a objetos cotidianos. Consiste, simplemente, en colocar un gato en una caja con un vial de cianuro, un compuesto radiactivo y un medidor de radiación. Según la física cuántica, los átomos de la sustancia radiactiva pueden o no desintegrarse durante el experimento. Si las partículas de la sustancia radiactiva se desintegran y, por lo tanto, liberan radiación, el vial con el veneno se romperá y el gato morirá. Si las partículas no se desintegran, el gato vivirá. Según la Interpretación de Copenhague, hasta que se abre la caja, el gato está simultáneamente vivo y muerto. Sin embargo, al abrir la caja, el observador solo verá un gato vivo o un gato muerto. Aunque esta no es una teoría fácil de aceptar, como señaló Einstein, hasta el día de hoy ha sido ampliamente aceptada.
LA INTERPRETACIÓN DE LOS MÚLTIPLES MUNDOS
Treinta años después de la quinta Conferencia Solvay, Hugh Everett defendió su tesis doctoral, en la que heroicamente propuso una solución al entonces mundialmente conocido problema de Bohr. Tras defender su doctorado, su director de tesis logró convencer a Bohr para que se reuniera con él. Sin embargo, según la esposa de Everett, Bohr ni siquiera quiso hablar del tema ni reunirse con él.
La propuesta de Everett era bastante simple: sugería que simplemente usáramos la ecuación de Schrödinger para explicar el comportamiento de los electrones, nada más. La siguiente idea, sin embargo, era un poco más atrevida.
Ante el problema de medir la posición de un electrón, Everett sugirió que la simple observación de un electrón crearía un nuevo mundo, donde el mismo electrón aparecería como partícula.
Este mundo sería diferente del anterior, en el que la partícula aún se comportaba como una onda. La propuesta de Everett recibió el imaginativo nombre de Teoría de los Muchos Mundos. Según la Interpretación de los Muchos Mundos, el gato de Schrödinger, el observador y el mundo entero se encuentran en una superposición, lo cual es obviamente más coherente. Por ello, es natural considerar la existencia de varios mundos. A día de hoy, la Interpretación de los Muchos Mundos es una de las pocas teorías que ofrecen una solución al problema de la medición de la posición de los electrones en la física cuántica. Es reconocida no solo por los entusiastas de la ciencia ficción, sino también por físicos de renombre como Sean Caroll.
MANOS Y REALIDAD
La idea de nuestra presencia en varios mundos simultáneamente es desconcertante. La inmensidad de lo desconocido que la física cuántica ha revelado es aterradora. Nos hemos quedado sin comprender qué es la realidad misma. Solo podemos considerar que solo en nuestros pensamientos nace, vive y muere la realidad. Al fin y al cabo, es en los pensamientos de nuestros padres donde comenzamos a existir, incluso antes de nacer. No nos convertimos en realidad cuando alguien nos toca. Nuestras manos no hacen real el mundo que pisamos. No es posible tocar la realidad, y mucho menos hacer real lo que tocamos.
Ahora sabemos que la realidad se nos escapa y que padece problemas existenciales. Y desde el fin de semana pasado, hemos descubierto que el tiempo padece problemas similares . En cuanto a la realidad, poco podemos hacer. En cuanto al tiempo, dado que IPR es una escuela de relojería, tenemos al menos la obligación de intentar esclarecerlo, aunque, por absurdo que parezca, se considere que no existe.
¿QUÉ ES EL TIEMPO?
En el mundo de la relojería, el tiempo no es solo una abstracción filosófica ni un valor sentimental: es una unidad física que debe medirse con precisión. La historia de la estandarización del tiempo tiene una trayectoria notable, destacando la Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM), el foro internacional responsable de la definición oficial de las unidades fundamentales del Sistema Internacional (SI), incluido el segundo.
La Convención del Metro: la génesis de la normalización
El 20 de mayo de 1875, veinte naciones, entre ellas Portugal, firmaron la Convención del Metro en París . Este tratado internacional sentó las bases para la estandarización mundial de las unidades de medida, lo que dio origen a la Oficina Internacional de Pesos y Medidas (BIPM) , con sede en Sèvres, a las afueras de París.
Inicialmente centrado en la definición del metro y el kilogramo, el trabajo del BIPM se extendió a otras magnitudes físicas, incluido el tiempo. La coordinación de estas actividades recayó posteriormente en la Conferencia General de Pesas y Medidas , que se ha reunido periódicamente desde 1889 para aprobar definiciones, revisar normas y garantizar la coherencia del sistema internacional de unidades.
El segundo astronómico: una definición inestable
Durante siglos, el tiempo se midió mediante observaciones astronómicas.
El segundo se definió como 1 ⁄ 86400 parte del día solar medio, es decir, la vigésimo cuarta parte de una rotación de la Tierra dividida por 3600.
Sin embargo, se ha descubierto que la rotación de la Tierra no es constante. Sufre pequeñas e impredecibles variaciones de origen geológico, atmosférico y gravitacional.
Esta inestabilidad se volvió inaceptable para aplicaciones que requieren precisión extrema, como la navegación por satélite, la sincronización de redes de telecomunicaciones o la relojería científica. Era necesario encontrar una referencia invariante, presente en toda la naturaleza.
El segundo atómico: la revolución de la precisión
La respuesta llegó mediante la espectroscopía y la física cuántica. Los átomos, al moverse entre niveles de energía, emiten radiación con una frecuencia específica. En el caso del cesio-133, esta frecuencia es notablemente estable.
En 1967, la 13ª Conferencia General de Pesas y Medidas aprobó una nueva definición del segundo:
"El segundo es la duración de 9.192.631.770 períodos de la radiación correspondiente a la transición entre dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio-133."
Este momento representó un hito histórico. Por primera vez, la unidad de tiempo dejó de depender de las estrellas y pasó a depender de un fenómeno inmutable de la física atómica. Desde entonces, los relojes atómicos se han convertido en el estándar de precisión definitivo.
De París al mundo: relojes al ritmo del cesio
La CGPM continúa supervisando la evolución de las definiciones del SI. En 2019, redefinió el kilogramo, el amperio, el kelvin y el mol basándose en constantes universales. Sin embargo, la unidad de tiempo sigue vinculada a la radiación de cesio, aunque allana el camino para futuras normas aún más precisas, como los relojes ópticos de red.
Relojes de red óptica
En los últimos años, los llamados relojes de red óptica se han convertido en los instrumentos de cronometraje más precisos. Se diferencian de los relojes atómicos de cesio en que utilizan átomos neutros atrapados en una red óptica, una estructura de luz láser que inmoviliza los átomos en posiciones fijas.
Estos átomos se excitan mediante radiación óptica, con frecuencias mucho más altas que las microondas utilizadas en el cesio, lo que permite una resolución temporal sin precedentes.
La precisión de estos sistemas es tal que, según los datos más recientes, el error acumulado sería inferior a un segundo en 30.000 millones de años.
Aunque el cesio aún no ha sido reemplazado oficialmente como referencia en el Sistema Internacional, los relojes de red óptica son los principales candidatos para la futura redefinición del segundo y actualmente están siendo probados en laboratorios nacionales de metrología de todo el mundo.
Portugal: un país sin hora estándar
En Portugal hoy se puede decir que el tiempo no existe con mayor exactitud que en otros países, pues después de 145 años sirviendo al país, el Observatorio Astronómico de Lisboa ya no es la entidad que emite la Hora Legal.
Desde 2019, los cambios legislativos e institucionales han generado un vacío de competencias, lo que ha imposibilitado el cumplimiento de lo dispuesto en el Decreto-Ley n.º 279/79. La responsabilidad de emitir la hora oficial debería transferirse al Instituto Portugués de Calidad, pero el proceso legislativo sigue sin definirse.
Mientras tanto, el país permanece sin un ente de radiodifusión activo y sin un solo reloj público que marque oficialmente el tiempo.
Portugal, que antaño contaba con uno de los observatorios más prestigiosos de Europa, ya no tiene hora legal propia.
NOTAS:
(1) Las Conferencias Solvay nacieron de la visión y la generosidad de Ernest Solvay (1838-1922), un industrial y químico belga que hizo fortuna desarrollando el proceso químico para producir carbonato de sodio. Convencido de que el progreso científico requería el diálogo entre los grandes pensadores de su tiempo, en 1911 Solvay fundó una serie de conferencias científicas de alto nivel que reunieron a los físicos más influyentes del mundo en un ambiente de debate libre y riguroso. Su iniciativa culminó en la famosa quinta conferencia de 1927, dedicada a la teoría cuántica, donde se enfrentaron dos concepciones de la realidad: la visión determinista de Einstein y la interpretación probabilística de Bohr. Ernest Solvay no fue solo un mecenas: fue el arquitecto de un espacio donde la ciencia tenía la libertad de cuestionar sus propios fundamentos. Si bien estas conferencias no definieron estándares metrológicos, fueron cruciales para la construcción teórica que sustenta la forma en que se mide el tiempo hoy en día, concretamente a través de la física cuántica que sustenta los relojes atómicos.
Referencias
Libros
Kragh, H. (1999). Generaciones cuánticas: Una historia de la física en el siglo XX. Princeton University Press.
Carroll, S. (2019). Algo profundamente oculto: Mundos cuánticos y el surgimiento del espacio-tiempo. Duton Books.
Byrne, P. (2010). Los múltiples mundos de Hugh Everett III. Oxford University Press.
Heisenberg, W. (1958). Física y filosofía. Harper.
Quinn, T. J. (2012). De artefactos a átomos. Oxford University Press.
Rovelli, C. (2017). El orden del tiempo. Allen Lane.
Pais, A. (1982). Sutil es el Señor: La ciencia y la vida de Albert Einstein. Oxford University Press.
Sitios web institucionales y científicos
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