2.c.2. La medición del tiempo y los mecanismos del reloj atómico

Uno de los experimentos físicos que más me gustan es éste, porque es uno de los ejemplos más conocidos entre el público general como demostración indiscutible de la Teoría de la Relatividad de Einstein respecto a la medición del tiempo: ¡En los relojes atómicos de una nave espacial se altera el tiempo!

Hasta los modernos sistemas del Global Positioning System (GPS) incorporan correcciones en la medición del tiempo debidas tanto a la Relatividad Especial como a la Relatividad General (Velocidad y gravedad respectivamente)

Con la Física Global se incorporarían correcciones temporales al Sistema de Posicionamiento Global (SPG) por errores de medición debidos a la sensibilidad de los relojes atómicos a la velocidad y la gravedad.

La pregunta es: ¿Qué mecanismos operan en los relojes atómicos para que sus piececillos no sigan el mismo ritmo?

Porque seguro que hay algún mecanismo, pues los relojes atómicos son puros instrumentos de la medición del tiempo no de su definición.

¡Pues no! Alterarse, se alteran, pero según la Teoría de la Relatividad se alteran porque el tiempo es relativo y depende del sistema de referencia del observador, de las dimensiones, de los tensores, etc. Además da igual si son relojes ópticos, de péndulo o atómicos, todos los imaginarios experimentos físicos sobre el tema parecen coincidir como por arte de magia.

Como yo necesito un mecanismo para cambiar las manecillas de los relojes, imagino que quizás se alteren por acción del dios Cronos. Entonces, me pregunto qué pasaría si Cronos se despista por un momento y piensa, al ver las manecillas de un reloj de presión, que es de tiempo y las mueve para ponerlo en hora.

¡No quiero ni pensar que podría pasar si Priso, el despistado dios de la presión, al llevar prisa, tocase un reloj de tiempo por error. Sería para morirse de risa!

Obviamente, todos estamos de acuerdo en que los relojes atómicos se alteran, es un hecho, pero creo que se debe a que los mecanismos se ven afectados por la velocidad y la gravedad y no porque el dios Cronos cambie las manecillas jugando a ser un magufillo.

La actual definición de segundo es la duración de 9.192.631.770 períodos de radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles del estado fundamental del isótopo 133 del átomo de cesio, en un estado y condiciones concretas. Y la definición de metro es la distancia que recorre la luz en el vacío durante un 299.792.458avo de segundo.

Observando los conceptos de reloj y de segundo vemos que la gravedad y la velocidad alteran los mecanismos de los relojes atómicos que sirven de base para definir al segundo. Seguramente también serán sensibles a la presión u otras condiciones concretas.

Un concepto clave de la definición de segundo parece ser lo de estado y condiciones concretas. En consecuencia, lo normal sería independizar la medición del tiempo de la gravedad, la velocidad y cualquier otra circunstancia, fijando unas condiciones concretas que incluyan todas ellas.

El único problema que se plantearía es que la Teoría de la Relatividad de Einstein pasaría a ser formalmente incorrecta puesto que los experimentos físicos con relojes atómicos, para ser consistentes con la nueva definición de la unidad del tiempo, mostrarían que lo que se altera es la precisión del instrumento de medida y no el tiempo.

El único reloj que nos diría realmente si el tiempo es relativo o no, sería un reloj que fuese invisible; es decir, que no dependiera de ninguna condición física.  Por ejemplo, uno que no fuese afectado por los cambios en la velocidad como aparato de medición, pues si el tiempo es relativo lo será por sí mismo y no porque el mecanismo del aparato de medición se vea afectado. En otras palabras, el tiempo también tiene corazón y su ritmo no puede depender de la precisión de los mecanismos de los relojes empleados en su medición.

El reloj invisible Fuente: Imaginación calenturienta
Reloj invisible

No obstante, una buena aproximación a la medición del tiempo sería utilizar relojes atómicos, pero corrigiendo sus pequeñas desviaciones temporales respecto a cambios en las condiciones, siempre y cuando incluyamos en éstas la gravedad y la velocidad.

Ahora debemos buscar experimentos físicos que confirmen nuestras suposiciones.

Como es difícil conseguir un reloj invisible, he decidido cambiarme de bando y en lugar de utilizar un reloj utilizar varios grupos, a ser posible todos de relojes atómicos.

Me recuerda aquello de "los relojes, unidos, jamás serán vencidos". Para ganar, solo necesitan un líder y ya cuentan con uno indiscutible, el reloj invisible o reloj enmascarado. ¡Seguro que es el reloj más puñetero porque no tiene manecillas!

En realidad se trata de un grupo de experimentos científicos más que de un experimento físico concreto. Un reloj lo dejaremos en reposo en la superficie terrestre y otros en diferentes condiciones: en movimiento en una nave espacial, calientes, con radiaciones, en reposo en una torre, con elevada presión, etc.

  • Reloj atómico de control en tierra.

  • Velocidad.

    Bien, yo creo que el reloj atómico de la nave espacial se alterará por los cambios en su masa provocados por la velocidad y la correspondiente energía cinética.

    En el libro Física y Dinámica Global se explica como la velocidad afecta a la vibración o resonancia de la masa al moverse a través de la estructura reticular de la materia que soporta la fuerza de la gravedad y que es medio soporte de la luz.

  • Temperatura.

    Al mismo tiempo, pondremos otro grupo de relojes homogéneos con los anteriores en un horno a unos 100 o 200 grados centígrados para ver si el tiempo es también relativo con la temperatura. ¡Es la queimada de relojes estilo micro-ondas!

    La idea es sencilla, es posible que los relojes atómicos se viesen afectados por la energía, bien sea cinética o calorífica, pero no tendría nada que ver con la relatividad del tiempo sino con la teoría del sofocón.

    Yo creía que era generalmente conocido que la temperatura de un átomo está directamente relacionada con su velocidad; pero pensándolo bien estará relacionada solamente en unos aspectos pero no en otros, porque no es exactamente lo mismo una patata caliente que una patata voladora.

    De cualquier forma, creo que la temperatura está incluida como una de las condiciones en la definición de segundo, aunque se haya ido modificando en función de las condiciones técnicas de los relojes atómicos de referencia más modernos.

  • Gravedad.

    Otra de las vertientes citadas de experimentos físicos con el tiempo podría surgir si encerramos un reloj atómico en una torre de 6 Km. de altura y nos encontrásemos con que también se desincroniza a su aire.

    Aquí tendríamos que examinar las posibles causas psicológicas relacionadas con el miedo a la altura o vértigo y, una vez descartadas, pensar en la posible influencia de la distinta velocidad espacial por el efecto de rotación terrestre, el efecto será pequeño pero existirá.

    Aunque la presión atmosférica también les pudiera afectar es dudoso que dicho efecto pudiera ser observado con la tecnología actual, dado el escaso cambio de presión a que nos estamos refiriendo.

    Los cambios del tiempo, no errores en la medición del tiempo, debidos a la diferencia de gravedad son explicados cuantitativamente por el Principio de Equivalencia de Einstein; un principio matemático ad hoc sin ninguna explicación de los mecanismos físicos afectados en los relojes atómicos.

    La Física Global asume que el cambio de masa del átomo de Cesio producido por cambios en gravedad es un proceso gravitacional similar al corrimiento gravitacional al rojo o al azul que afecta a la frecuencia de la radiación (también a los relojes y princesas encerradas en torres tipo Pound y Rebka.)

    También en este caso el libro Física y Dinámica Global explica cómo la tensión longitudinal de la estructura reticular de la materia o éter global afecta a la vibración o resonancia de la masa. Es algo parecido a la vibración de una cuerda, que cambia con la tensión de la misma. No olvidemos que la masa en la Física Global se configura como bucles o caracolillos de la estructura reticular de la materia; en otras palabras, su vibración será idéntica a la dicha estructura tridimensional.

    Dichos cambios en la masa afectarán al período de la radiación emitida por el átomo de Cesio, que es el utilizado para la definición de segundo. Existe una ligera diferencia entre admitir y explicar un error de medida y cambiar el sistema de medidas por no querer admitir el error de interpretación en los experimentos físicos.

  • Presión.

    Ya puestos, podríamos pensar en otro experimento físico sobre la medición del tiempo y poner un cuarto grupo de relojes atómicos homogéneos con los anteriores en una súper olla a gran presión. Si éstos también se relativizan se podría pensar en el efecto sobre el tiempo de la presión psicológica sobre los correspondientes átomos.

    Si la presión, en teoría, es capaz de producir supernovas mediante la fusión de los electrones y protones de las estrellas para formar estrellas de neutrones, cuando supera el límite de Chandrasekar, implicando una violación del principio de exclusión de Pauli, también debería afectar a las vibraciones de los átomos de cesio o de cualquier otro elemento.

 

 

Cuando Globus acabó el libro,
llama tan contento a Mª José para decírselo y le comenta:

–Conozco un científico que calcula muy bien.–

Entonces Mª José le dijo:

–Muy bien, pero Einsotro calcula lo que otros calculan.