Las generaciones modernas toman la medición del tiempo como algo usual, común; disfrutan de pequeños relojes que pueden portar a cualquier parte, incluyendo debajo del agua y a grandes alturas. Esta cotidianidad ha quitado de la mente, de la gran masa humana, la importancia científica de medir el tiempo.

A un pequeño núcleo de seres humanos le ha interesado medirlo desde hace muchos siglos. Los aztecas, por ejemplo, desarrollaron un calendario que se reputa como de gran precisión, los mayas han predicho el final de los tiempos, es decir, del mundo, para diciembre de este año, los templos católicos se convirtieron en “observatorios astronómicos” cuando en su construcción dejaban una perforación en sus cúpulas por las cuales penetraba un rayo solar que se proyectaba en el piso de la nave central marcando cada día, y así la trayectoria del año que permitió determinar la órbita de la Tierra alrededor del Sol, los solsticios con sus cuatro estaciones.

Otras civilizaciones se valieron de distintos trucos o instrumentos para definir, no ya las estaciones del año, sino las horas del día, así nacen los relojes de arena y de sol. Descubiertas las características del péndulo, el genio de Galileo notó que sus oscilaciones correspondían con los latidos de su corazón, nace entonces el segundo, el minuto y la hora, que desde el siglo XVII han acaparado las mediciones del transcurrir del tiempo.

Los relojes de péndulo aparecieron en la sociedad, con precisiones no vistas hasta ese momento. Se popularizaron y difundieron por el mundo occidental. Cada ciudad tenía su reloj de péndulo oficial que marcaba sus horas, resultaba, sin embargo, que la hora en Roma no era la de Londres, ni la de Madrid; una gran confusión.

Esa confusión se hizo decisiva en la navegación marítima. Ya se disponía del sextante con el que los capitanes podían definir la latitud donde se encontraban, es decir, a cuántos grados al norte o al sur del Ecuador estaban. También se conocía la brújula con la cual los marinos se orientaban en cualesquiera de las direcciones del globo terráqueo, norte, sur, este y oeste, desde luego, también en las intermedias, por ejemplo: noroeste, norte 20 grados este; así definían rutas.

No obstante, esos dos instrumentos no eran suficientes pues en los mapas de la Tierra se dibuja en dos coordenadas, latitudes que definimos antes y longitudes que es la distancia en grados (puede ser en kilómetros) a un punto de referencia, digamos una ciudad, por la cual pasa el círculo imaginario, que define, al cortar la superficie de la Tierra, la circunferencia denominada longitud.

La imposibilidad de los marineros para definir las longitudes ocasionaba muchos accidentes, pues el capitán sabía sobre qué latitud se encontraba y en qué dirección llevaba su barco pero éste podía cumplir esas condiciones y estar moviéndose a 200 metros de la costa en medio de una espesa neblina o a 200 kilómetros de ella.

En estas circunstancias, el rey Charles de Inglaterra crea el Royal Observatory en 1675 para resolver el problema y ofrece una recompensa de veinte mil libras esterlinas, el equivalente a unos tres millones de ellas en nuestros tiempos, a la persona o institución que inventara un reloj que se pudiera instalar en un barco y marcara el tiempo con precisión. Los relojes de péndulo no funcionaban en los barcos, por el vaivén de las olas. De ese modo la diferencia horaria entre el puerto de partida y la posición del barco daba una medida de la longitud; suponga que en Palos de Moguer son las doce de la noche y el barco se encuentra en un punto que es mediodía, es decir, doce horas de diferencia o sea 180 grados, del lado opuesto del mundo, dividiendo 180 entre 12, obtenemos que por cada hora hay 15 meridianos. Siendo así, sabiendo la diferencia de horas conoceremos en qué longitud nos encontramos.

La competencia la ganó un carpintero llamado John Harris en 1713, cuyo reloj todavía existe en el museo de la institución que lo premió. Como suele suceder en estas circunstancias, los expertos y científicos no le asignaban a Harris la capacidad para resolver tremendo problema que había ocupado las mentes más brillantes. Newton había dicho que ese era un problema probablemente sin solución, similarmente Huygens.

Construido el reloj e instalado en un barco, el señor Harris viajó en él, cuidando de que todo funcionara de acuerdo a sus planes. La travesía resultó un gran éxito pues en medio de una tormenta el capitán estimaba que estaba en cierta localización, cuando en realidad de acuerdo con los datos obtenidos del reloj se encontraba en otra a punto de naufragar por la cercanía a la costa. Este sencillo instrumento dio a Inglaterra el predominio marítimo que disfrutó por los siguientes tres siglos.

El tiempo desde sus comienzos se consideraba invariable, fijo, un parámetro del que dependía todo. No obstante, a principios del siglo XX hace su aparición en el escenario científico Albert Einstein, quien sostiene que el tiempo es variable dependiendo de la velocidad o de cuan fuerte es el campo gravitacional. Naturalmente, este concepto deducido en base a elucubraciones que cualquiera señalaría como sencillas y “tontas”, que hemos explicado en nuestra columna de los martes en más de una ocasión, cambió toda la física, substituyendo la newtoniana que había reinado hasta ese momento por la einsteiniana o moderna.

En el siglo XX, surge el reloj atómico con una precisión de un segundo en un ciento de millones de años. Los relojes atómicos funcionan en base a átomos de cesium que por definición vibran 9,192,631,770 en un segundo, Hz. Así pasamos del péndulo que hace una oscilación en un segundo a dividir el segundo en más de nueve mil millones de partes, es como  una regla que la teníamos dividida en centímetros, ahora la podemos dividir en milímetros o en porciones aun más pequeñas, obviamente, si antes podíamos estimar sólo centímetros, con la nueva regla podemos medir milímetros.

Las variaciones del tiempo predichas por las teorías de Einstein son muy pequeñas para fenómenos que ocurren en  tierra. No obstante, cuando el reloj atómico hizo su debut, se decidió montarlo en un avión que emprendiera vuelo de este a oeste, es decir, en sentido contrario al giro de la Tierra. Sobre la superficie terrestre quedó otro reloj atómico sincronizado. Ciertamente, al final del vuelo se encontró una diferencia entre los dos relojes que confirmó a Einstein. El que estuvo en vuelo se había retrasado.

En el NIST (Instituto Nacional de Unidades y Tecnología), en Boulder, Colorado, USA, el científico David Wineland quien junto con Serge Haroche de París acaban de recibir el Premio Nobel de Física, desarrolló la forma de encerrar en su estado iónico a un solo átomo para medirlo y manipularlo. Esto se hace con dos pincetas (electrodos) de magnesio, de esta forma crea una fila de iones y con impulsos logra excitar uno, su excitación “brinca” al vecino sin contacto directo. Usando esta tecnología descrita en la Mecánica Cuántica, que no se había podido lograr, ha permitido construir un reloj cuyo error es de un segundo en mil millones de años.

Resulta que con Wineland trabajaba como asistente posdoctoral, hasta el 2005, Piet Schmidts quien ahora enseña en Braunscheig y quien ha seguido mejorando los trabajos de su profesor. Al momento, ha logrado un reloj cuántico, como se denominan estos relojes, que tiene una precisión de un segundo en dos mil millones de años y su meta en elevarla en un orden de magnitud, lo que equivale a menos de un segundo en 14 o 15 mil millones de años. Esto es que si el reloj hubiera comenzado a marcar el tiempo cuando ocurrió el big bang, a la fecha de hoy su error no sería un segundo.

Relojes cuánticos con esas inimaginables precisiones abren nuevos horizontes a la ciencia, por ejemplo, basándose en la teoría de Einstein que el tiempo depende de la fuerza del campo gravitacional, mientras más cercano esté un objeto o la superficie de la Tierra del centro de la misma, mayor es la gravedad y menor el transcurrir del tiempo. Así las cosas, los relojes cuánticos se han convertido en magníficos instrumentos cartográficos o geodésicos; ya se ha determinado la altura de los niveles superficiales en el norte de Alemania, encontrándose diferencias de 20 centímetros entre la dada por la geodesia y el reloj. Esto traerá consigo un nuevo mapeo del globo terráqueo que arrojará la forma real, exacta de la Tierra.

En adición, la técnica usada por Wineland y Schmidts predice podría usarse para desarrollar nuevas computadoras cuánticas que no necesiten los actuales “chips” y serían infinitamente más rápidas. De la misma forma podrían desarrollarse comunicaciones cuánticas. Toda una gama de instrumentos que harán ver lo más avanzado de nuestros tiempos como ahora vemos los relojes de péndulo.