Quién cambia la hora

Cómo mide el tiempo la ciencia

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Las mediciones más precisas han dejado atrás los péndulos y los engranajes.

El capitán de navío Juan Palacio guarda en la memoria una imagen digna de enmarcar, un cuadro costumbrista con un significado muy especial para quien ha hecho del tiempo un compañero inseparable.“En mi casa, lo último que cada día siempre hacía mi padre después de despedirse de todos nosotros era sentarse en la cama y darle cuerda al reloj”, recuerda. Aquel hombre protagonizaba una escena común, que se reproducía cada noche en miles de hogares para evitar que el tiempo se parase, que escapase de los relojes aprovechando el descanso nocturno.

El militar aprendió bien la lección: “Un reloj tiene que estar funcionando siempre”, sentencia, y ahora se encarga de que la hora de todos los españoles no pierda el compás. Desde su puesto de responsable de la Sección de Hora del Real Instituto y Observatorio de la Armada, en San Fernando, fija la hora oficial española y se asegura de que mantiene la máxima precisión, nanosegundo a nanosegundo, todos los días del año.

Palacio es el relojero mayor del Reino en una época en la que los péndulos, las coronas, los cuadrantes y las manivelas han sido sustituidos sin más miramientos por sofisticados relojes atómicos que miden el paso del tiempo con una precisión asombrosa: dicen que un reloj del Laboratorio Nacional de Física de Reino Unido tardaría 138 millones de años en desajustarse un mísero segundo.

Estas máquinas son los monóculos con los que los científicos observan determinados fenómenos naturales que suceden en los átomos con una cadencia y una precisión exacta. En concreto, los relojes más habituales miden la frecuencia que corresponde a la energía que necesita un átomo de cesio 133 para impulsar ciertos electrones de un orbital a otro, que equivale a un segundo.

Si se tiene el ingenio suficiente, conocer la duración de procesos atómicos como este sirve para ordenar algo tan valioso, etéreo y codiciado como el tiempo. Y si algo sobra en el Real Observatorio, es ingenio.

“Nuestra tarea principal es elaborar un segundo. Cuando ponemos uno detrás de otro, es decir, los escalamos, hacemos una escala de tiempo que es la base para establecer la hora legal española”, explica el físico. “También somos capaces de dividir el segundo en muchos miles de millones de partes”, añade, una habilidad que mantiene al observatorio más antiguo de España en la primera división de los sastres que visten el tiempo con las unidades más minúsculas.

La más habitual es el nanosegundo, que es el resultado de dividir un segundo en mil millones. Para el común de los mortales, retrasarse un segundo no es más que una frase hecha. Por eso sorprende la naturalidad con la que Palacio se refiere a los nanosegundos. Una unidad tan breve escapa a nuestro entendimiento: si contásemos los segundos subiendo y bajando la mano, cuando hubiéramos repetido el movimiento mil millones de veces habrían pasado unos 30 años, explica el capitán. Sin embargo, no tener ni un nanosegundo que perder es lo más normal del mundo entre quienes nos marcan la hora con la mayor precisión de la historia.

La hora mundial emerge de 69 laboratorios
Tras superar cinco años de escuela naval militar, completar una licenciatura en Física, hacerse especialista en Electrónica y guerra electrónica, y terminar un máster en Astronomía y Geofísica, nunca se le pasó por la cabeza que cambiaría el mar por el observatorio. En lugar de vigilar el movimiento de los astros para dar cuenta del paso del tiempo, este marinero de laboratorio lo calcula cuidando de que el tictac de los seis relojes de cesio que conforman el núcleo de su sección suenen al unísono. “Cada cinco minutos efectuamos de manera simultánea, y por duplicado, del orden de 20 medidas. Comparamos un reloj con otro, y cuando uno de ellos pega un salto de unos pocos nanosegundos ya estamos abriendo una investigación para saber lo que ha pasado”, relata.

Cuando el reloj biológico y el social se desacompasan, tendemos a engordar

Hay muchos motivos para ser tan escrupulosos. Quizá el que más orgullo infunde al científico es que le permite estar entre los mejores: su laboratorio es “uno de los pocos que de momento contribuyen a elaborar el tiempo Galileo”, la futura versión europea del sistema de navegación americano GPS y el Glonass ruso. Pero la razón más importante es su aportación a la elaboración del Tiempo Universal Coordinado (UTC, por sus siglas en inglés), la hora mundial que resulta de las mediciones de 69 laboratorios.

El trabajo de definir el segundo
Para algunos el tiempo vuela, para otros se detiene al mínimo atisbo de tedio; algunos lo atesoran y otros, simplemente, lo matan impunemente. La astrónoma argentina Elisa Felicitas Arias lo ordena desde la Oficina Internacional de Pesos y Medidas de París, el organismo que guarda la medida internacional del kilo, del metro, del amperio, del mol... y del segundo. Arias dirige el departamento de Tiempo, que decide cuánto dura un segundo y establece cada mes el UTC con las medidas que le llegan desde laboratorios de todo el mundo. Su tarea está lejos de ser relajada. Arias se desenvuelve en el ojo del huracán.

“Ya existen una decena de radiaciones que resultan ser de 10 a 100 veces mejores que la del cesio. El desafío ahora es ser capaces de operar estos relojes, llamados relojes ópticos, durante intervalos más o menos prolongados. Si esto se logra, seguramente tendremos dentro de algunos años una nueva definición de segundo, y cambiaremos el cesio por una definición basada en radiación óptica”, adelanta. Aunque ese no es el único asunto que la mantiene en vilo. Nadie sabe mejor que esta mujer, experta en la rotación de nuestro planeta, que su giro no es constante. Que la Tierra no es un buen reloj.

Si dos satélites se desajustasen un segundo, el GPS erraría 300.000 kilómetros

Si nos rigiéramos exclusivamente por la escala universal que elabora su organismo, infinitamente más firme y precisa, la hora oficial se desfasaría respecto a la salida y la puesta del sol a un ritmo de una hora cada seis siglos, más o menos. Para solucionar el asunto, la Unión Internacional de Telecomunicaciones estableció añadir o restar un segundo a la hora universal cada vez que el desfase alcanzase nueve décimas. He ahí el quebradero de cabeza.

“El segundo intercalar es hoy más una molestia que una ventaja”, opina Arias. “Los relojes no aceptan un minuto que contiene un segundo más, y esto es perjudicial para la sincronización precisa de la hora y puede provocar interrupciones de los sistemas por pérdida de sincronía”, explica. El segundo intercalar perturba la escala UTC.

En consecuencia, proliferan las escalas de tiempo que se atrasan segundos entre sí y el UTC. Por ejemplo, el futuro sistema de navegación chino, BeiDou, diferirá 2 segundos de UTC, y 14 de los sistemas GPS y Glonass. Peligroso. Digamos que alguien interpreta que el tiempo GPS equivale a UTC: “¡No es necesario explicar cuáles serían las consecuencias para ciertas operaciones, tales como el tráfico en un aeropuerto!”

Los relojes atómicos permiten programar segundos intercalares, “pero también es cierto que se trata de un fenómeno artificial, intencional y que depende de una acción humana. Puede haber errores”, advierte Arias. Probablemente sea un fenómeno en extinción.

Mundo sincronizado
Construir una escala temporal universal ultraprecisa ha sido fundamental para mantener el frenético vaivén de transacciones bancarias, para facilitar la investigación científica del universo y para desarrollar las telecomunicaciones modernas.

El sistema GPS calcula posiciones mediante una constelación de satélites, cada uno de los cuales lleva a bordo un reloj atómico. “La precisión del GPS depende de la coordinación de los relojes atómicos de cada satélite. La señal viaja al usuario aproximadamente a la velocidad de la luz, de manera que cada 3 o 4 nanosegundos de error en la coordinación conllevan un metro de desvío”, calcula el jefe de la División GPS y Transferencia de Tiempo del Observatorio Naval de Estados Unidos, Edward Powers. Así que una descoordinación de un segundo entre los satélites equivaldría a un fallo en la medición de casi 300.000 kilómetros. Mala cosa cuando esperas que rescaten tu barco averiado...

“Las personas conocen los sistemas GPS con los que interactúan, pero las aplicaciones indirectas, como el tiempo GPS, son muy desconocidas”, asegura. Y sabe de lo que habla, puesto que su observatorio está implicado en el desarrollo y la operación del sistema de navegación por satélite desde la década de 1970.

La sincronización lo es todo en el mundo de internet, del GPS y de las comunicaciones móviles globales, donde los sistemas se alían para difuminar fronteras, achicar distancias y sobrevolar zonas horarias. “La próxima generación de relojes probablemente utilizará el láser para determinar la transición atómica, lo que multiplicará por diez su rendimiento. Pienso que el mayor reto ahora es esperar a las aplicaciones que demanden el nuevo reloj”, concluye Powers.

Un día de 25 horas
La madrugada del último domingo de octubre llega el horario de invierno y nos regala una hora. Corregimos los relojes y no hay vuelta atrás: abrazamos el invierno antes de que llegue por su propio pie. Podemos hacerlo porque la hora es una convención, y lo hacemos puntualmente, como marca la ley. Como una hora de la tarde pasa a la mañana, aprovechamos mejor la luz del sol y ahorramos energía.

¿Pero incrementar la productividad económica compensa los desajustes biológicos? Si las condiciones ambientales se trastocan abruptamente, el sueño se desajusta. Aumentan los accidentes de tráfico, dicen unos científicos; los accidentes tienden a disminuir, corrigen otros. La depresión y somnolencia cotizan al alza...

En realidad, el trastorno depende de la época del año. Según una investigación de Thomas Kantermann, de la Universidad de Múnich, adaptar nuestros ritmos circadianos al cambio de hora de primavera es especialmente difícil. Pero en otoño es relativamente fácil, así que el trance se hace llevadero. Quizá lo más sensato sea disfrutar del único día del año de 25 horas.

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