Como funcionam os relógios atômicos, sem os quais o mundo moderno afundaria no caos:jogo de bingo com roleta

Sem estes relógios — e as pessoas, a tecnologia e os procedimentos que os rodeiam —, o mundo moderno afundaria lentamente no caos. Para muitas indústrias e tecnologiasjogo de bingo com roletaque dependemos, desde a navegação via satélite até os telefones celulares, o tempo é "o insumo escondido".

Mas como conseguimos chegar a este sistema compartilhadojogo de bingo com roletacálculo do tempo, como ele mantémjogo de bingo com roletaprecisão e o que podemos fazer para que ele evolua no futuro?

Para responder a estas perguntas, é preciso olhar além do mostrador do relógio e explorar o que é, na verdade, o tempo. Investigando mais a fundo, logo descobriremos que o tempo é mais uma construção humana do que parece à primeira vista.

A sincronização do tempo

Nem sempre o mundo manteve o mesmo horário. Isso foi impossível por séculos, e o tempo somente podia ser definido localmente pelo relógio mais próximo. Naquela época,jogo de bingo com roletaum lugar era meio-dia, mas no final da rua eram 12h15.

Ainda nos anos 1800, os Estados Unidos operavam com centenasjogo de bingo com roletapadrõesjogo de bingo com roletatempo diferentes, definidos pelas cidades e pelos gerentes das ferrovias locais. Isso ocorria,jogo de bingo com roletaparte, porque não havia uma forma viáveljogo de bingo com roletasincronizar todos os relógiosjogo de bingo com roletaum país, que dirájogo de bingo com roletatodo o planeta.

Em grande parte da história humana, isso não tinha importância. As pessoas trabalhavam quando precisavam, não viajavam para longe e, se quisessem saber a hora, bastava observar um relógiojogo de bingo com roletaSol, a torrejogo de bingo com roletaum relógio ou ouvir os sinos da igreja ou um chamado para oração.

Mas, à medida que a era industrial avançava, ficou claro que esta situação não podia continuar. E,jogo de bingo com roletaalguns casos, podia ser mortal.

Em meados dos anos 1800, por exemplo, dois trens colidiramjogo de bingo com roletafrente na região da Nova Inglaterra, nos Estados Unidos, matando 14 pessoas — tudo porque um dos condutores usava um "relógio emprestadojogo de bingo com roletamá qualidade", que não estava sincronizado com o do colega.

Para operarjogo de bingo com roletaforma eficiente, as economiasjogo de bingo com roletacrescimento precisavamjogo de bingo com roletaum sistema melhor e compartilhadojogo de bingo com roletaprecisão do tempo, que permitisse que as fábricas pudessem empregar mãojogo de bingo com roletaobra no mesmo horário, os trens pudessem sair e chegar nos horários previstos e os bancos pudessem registrar a data e a hora das transações financeiras.

Como observou certa vez o historiador americano Lewis Mumford, o relógio — e não a máquina a vapor — foi a máquina mais importante da Revolução Industrial. As máquinas a vapor podem ter abastecido as fábricas e o transporte, mas não conseguiam sincronizar as pessoas e suas atividades.

Por muito tempo, o principal árbitro desse novo tempo compartilhado foi o Observatório Realjogo de bingo com roletaGreenwich,jogo de bingo com roletaLondres. Os avançados relógios mecânicos do observatório mostravam a hora "real": o Tempo Médiojogo de bingo com roletaGreenwich (GMT, na siglajogo de bingo com roletainglês).

Em 1833, os responsáveis pela marcação do tempo acrescentaram uma bola vermelha a um mastro do observatório. A bola cairia todos os dias às 13h, para que os comerciantes, as fábricas e os bancos pudessem acertar os seus relógios.

Alguns anos depois, o horário GMT foi distribuído por telegrama como o "horário dos trens"jogo de bingo com roletatodo o país, garantindo que toda a rede ferroviária do Reino Unido estivesse sincronizada. Nos anos 1880, o sinal horáriojogo de bingo com roletaGreenwich foi enviado por meio do Atlântico por um cabo submarino até Harvard,jogo de bingo com roletaCambridge, Massachusetts, nos Estados Unidos.

E, na Conferência Internacional do Meridianojogo de bingo com roleta1884, na capital americana, Washington DC, maisjogo de bingo com roleta25 países decidiram que o horário GMT se tornaria o padrão internacional da hora.

Pip, pip... piiiip

Em 1924, a BBC também começou a difundir a hora certajogo de bingo com roletasuas transmissõesjogo de bingo com roletarádio, com uma sériejogo de bingo com roleta"pips" a cada hora cheia. E, quando começaram as transmissões para o exterior, os sinais horários passaram a ser emitidos para todo o mundo,jogo de bingo com roletaondas curtas.

Na época, os sinais eram geradosjogo de bingo com roletaGreenwich. Mas, desde 1990, a própria BBC é quem gera os sinais horários. Ao todo, são seis "pips". A hora cheia é marcada pelo início do último "pip", que é mais longo.

Diversos outros países também têm esses sinais — na Finlândia, por exemplo, são conhecidos como "piipit". Mas, infelizmente, o rádio digital tornou os sinais menos precisos, já que a conversão do sinal gera um pequeno atraso najogo de bingo com roletatransmissão.

As décadas se passaram e ficou clara a necessidadejogo de bingo com roletauma melhor formajogo de bingo com roletasincronização do tempo.

Os responsáveisjogo de bingo com roletaGreenwich defendiam que seus relógios estavam entre os mais precisos do mundo, mas seus cálculos eram baseadosjogo de bingo com roletauma referência que não era confiável: o tempo que a Terra leva para dar uma voltajogo de bingo com roletatornojogo de bingo com roletasi mesma.

Para fornecer o horário com precisão, todos os relógios precisamjogo de bingo com roletaum processo repetitivo periódico, seja a oscilaçãojogo de bingo com roletaum pêndulo ou as oscilações eletrônicasjogo de bingo com roletaum cristaljogo de bingo com roletaquartzo.

Os relógios do Observatório Realjogo de bingo com roletaGreenwich eram calibrados usando o tempo que o Sol leva para atingir a mesma posição no céu depoisjogo de bingo com roletaum dia. O seu pêndulo, portanto, era a própria Terra, girandojogo de bingo com roletauma velocidade aparentemente previsível. O mesmo conceito foi aplicado para definir o Tempo Universal, que substituiu o horário GMTjogo de bingo com roleta1928.

Mas, no século 20, os cientistas perceberam que a rotação do nosso planeta acelera e desacelera ao longo dos anos. Isso se deve aos efeitos gravitacionais da Lua, do Sol e dos outros planetas, alémjogo de bingo com roletamudanças geológicas no interior do núcleo e do manto da Terra e até mesmo mudanças climáticas e oceânicas.

Em 1900, a Terra girava quase 4 milissegundos mais devagar,jogo de bingo com roletamédia, do que na virada do século 21. Por isso, os melhores relojoeiros do mundo podiam afirmar que ofereciam maior precisão que os relógios comuns ou que o relógio dos nossos avós, mas eles próprios estavam errados quanto à hora "verdadeira".

Horário atômico

Na mesma época, os especialistasjogo de bingo com roletafísica quântica sugeriram que os átomos poderiam oferecer uma forma muito melhorjogo de bingo com roletamedir o tempo que a rotação da Terra.

A aplicaçãojogo de bingo com roletauma frequência específicajogo de bingo com roletaradiação eletromagnética a um átomo faz com que seus níveisjogo de bingo com roletaenergia se alterem. Você pode então usar um contador eletrônico para acompanhar essas transições.

Como a oscilaçãojogo de bingo com roletaum pêndulo, este processo periódico estável pode ser usado para calcular o tempo — e viria a servirjogo de bingo com roletabase para o "relógio atômico".

Os relógios atômicos acompanham o tempo com muito mais precisão do que qualquer relógio baseado na rotação da Terra. Na verdade, eles são tão precisos que, se baseássemos completamente o nosso mundo neles, o horário acabaria se desalinhando da noite e do dia,jogo de bingo com roletaforma que o Sol nasceria às 18h. É por isso que os responsáveis pela medição do tempo acrescentam segundos bissextos ao horário oficial com tanta frequência.

Os masersjogo de bingo com roletahidrogênio do NPLjogo de bingo com roletaLondres são alguns dos relógios atômicos mais importantes do planeta. Existem algumas centenas deles espalhados pelo mundo, operados pelos institutos nacionaisjogo de bingo com roletametrologia, que são os novos árbitros do tempo para todos nós.

Mas ler a hora neles não é tão simples. Nenhum relógio atômico é perfeito, devido a fatores como os efeitos da gravidade local ou diferenças entre os seus circuitos eletrônicos. Por isso, os metrologistas precisam compensar essas imperfeições.

Funciona da seguinte forma: um laboratório como o NPL registra e refina as informaçõesjogo de bingo com roletatempo do seu bancojogo de bingo com roletarelógios atômicos — os masersjogo de bingo com roletahidrogênio —, aplicando correções ocasionais se o relógio parecer estar atrasado ou adiantado. Os metrologistas chamam essa operaçãojogo de bingo com roleta"dirigir" o relógio e usam um equipamento separado para definir a duraçãojogo de bingo com roletaum segundo.

O NPL envia essa correção para o Escritório Internacionaljogo de bingo com roletaPesos e Medidas (BIPM, na siglajogo de bingo com roletafrancês),jogo de bingo com roletaParis, na França. Os cronometristas do BIPM calculam uma média ponderadajogo de bingo com roletatodas essas medições, com os relógiosjogo de bingo com roletamelhor desempenho exercendo mais peso.

Outros ajustes são feitos e, por fim, o processo resulta no chamado Tempo Atômico Internacional (TAI).

Uma vez por mês, o BIPM publica o TAIjogo de bingo com roletaum documentojogo de bingo com roletaextrema importância, chamado "Circular T" (sua versãojogo de bingo com roletainglês está disponível online). Este documento permite que os laboratórios nacionais acertem seus relógios e, sobretudo, divulguem a hora certa para as indústrias que necessitarem.

No Reino Unido, esta é uma das tarefas do NPL. Nos Estados Unidos, o organismo responsável é o Instituto Nacionaljogo de bingo com roletaPadrões e Tecnologia (NIST, na siglajogo de bingo com roletainglês — o antigo National Bureau of Standards) e existem muitos outros órgãos similares espalhados pelo mundo.

No Brasil, o organismo responsável designado pelo Inmetro (Instituto Nacionaljogo de bingo com roletaMetrologia, Normalização e Qualidade Industrial) é a Divisãojogo de bingo com roletaServiço da Hora do Observatório Nacional. Ambos têm sede no Riojogo de bingo com roletaJaneiro.

Basicamente, a Circular T é o equivalente moderno da bola vermelha do Observatório Realjogo de bingo com roletaGreenwich.

É claro que a maioria das pessoas não precisa saber a hora com precisãojogo de bingo com roletananossegundos, mas muitas indústrias e tecnologias têm essa necessidade.

"A navegação por satélite provavelmente é um dos setores que exigem alta precisão, mas existem outros", diz o metrologista Patrick Gill, do NPL. "A sincronização das comunicações, a distribuiçãojogo de bingo com roletaenergia e o mercado financeiro precisam da hora certa com alta precisão."

As novas tecnologias também trazem exigências adicionais. A redejogo de bingo com roletainternet 5G, por exemplo, é construída com basejogo de bingo com roletasincronização precisa, assim como a tecnologiajogo de bingo com roletanavegação que orienta os veículos autônomos.

Acontece que o TAI ainda é a construçãojogo de bingo com roletaum tempo "verdadeiro" hipotético: uma medição com a qual o mundo simplesmente concorda. Nada mais é que uma média ponderadajogo de bingo com roletadiversos relógios atômicos,jogo de bingo com roletaque cada um deles fornece uma leitura levemente diferente.

Existe outra razão que nos leva a uma questão fundamental: o que, exatamente, é um segundo?

Ao longo dos anos, a definição da unidade padrãojogo de bingo com roletatempo mudou — e, com ela, nossa definiçãojogo de bingo com roletatempo. E mais: ela poderá mudar novamentejogo de bingo com roletabreve.

A redefinição do segundo

O segundo costumava ser definido como 1/86.400 do dia médio solar, que é o tempo médio que o Sol leva para atingir o mesmo ponto no céu ao meio-dia — ou seja, aproximadamente 24 horas.

Em outras palavras, o segundo era baseado na rotação da Terra, que agora sabemos que é irregular. Por esta definição, o segundo teria sido mais longojogo de bingo com roleta1900 do quejogo de bingo com roleta1930, quando a rotação média do planeta era mais rápida.

Os metrologistas já enfrentaram um problema similar com o quilograma, que era baseadojogo de bingo com roletaum blocojogo de bingo com roletametal guardadojogo de bingo com roletaum cofrejogo de bingo com roletaParis. Inexplicavelmente, ele mudou ao longo do tempo e, com ele, toda a definiçãojogo de bingo com roletaquilograma.

Em meados do século 20, os metrologistas decidiram que era necessária uma mudança e criaram uma nova definição do tempo.

Ficou decidido,jogo de bingo com roleta1967, que o segundo deveria ser baseadojogo de bingo com roletaum valor numérico fixo da transição entre dois níveis hiperfinos do estado fundamental do átomojogo de bingo com roletacésio sem perturbação.

"Parece complicado", reconhece Gill. Mas o que significa esta definição?

Basicamente, é apenas outro processojogo de bingo com roletarepetição periódica — a basejogo de bingo com roletatodas as medições do tempo. Se você irradiar micro-ondas sobre átomosjogo de bingo com roletacésio, eles liberam mais radiação eletromagnética, com uma frequência específica que depende dos níveisjogo de bingo com roletaenergia no interior do átomo. Medindo essa frequência, como quem conta as oscilaçõesjogo de bingo com roletaum pêndulo, é possível medir a passagem do tempo.

Os cientistas do NPL fazem esse cálculo com a chamada fontejogo de bingo com roletacésio.

"Nós usamos a luz para lançar os átomos no ar a cercajogo de bingo com roletameio metro, e eles caem com a gravidade. Você pode então examinar essa fonte com micro-ondas sintonizáveis", explica Gill.

A configuração da fonte é necessária porque "você quer que eles não sejam perturbados, ao máximo possível. Se você segurar os átomosjogo de bingo com roletaqualquer outra forma (com eletricidade, por exemplo), ou usando a luz para retê-los, isso irá alterarjogo de bingo com roletafrequência."

Esta definição foi escolhida porque o césio é um isótopo confiável. Praticamente todos os átomosjogo de bingo com roletauma amostra vão reagir à radiação eletromagnética da mesma forma.

Além disso, no século 20, as frequênciasjogo de bingo com roletamicro-ondas podiam ser medidasjogo de bingo com roletaforma mais precisa e confiável que as frequências mais altas do espectro eletromagnético. Uma analogia seria comparar como você consegue contar as batidas do seu coração com um cronômetro, mas precisajogo de bingo com roletatecnologia mais avançada para medir a frequência das asasjogo de bingo com roletauma mosca.

Esta definição funcionou bem por décadas.

"Isso é muito bom porque significa que o padrão não está mudando a cada cinco minutos, o que é importantejogo de bingo com roletametrologia", afirma Gill.

E ela é utilizada pelo NPL e pelo BIPM para fundamentar os cálculosjogo de bingo com roletadocumentos como a Circular T.

Mas, à medida que a ciência avança — e as novas tecnologias exigem cada vez mais precisão do tempo —, os metrologistas começam a contemplar uma nova definição para o segundo. Ela não virá da noite para o dia (talvez aconteça nos anos 2030), mas vai marcar a maior mudança na medição do tempo desde os anos 1960.

"Mesmo com o segundo definidojogo de bingo com roletatermos dessa transiçãojogo de bingo com roletamicro-ondasjogo de bingo com roletacésio, já se compreendia que seria possível fazer um relógio melhor partindo para uma frequência óptica", explica a física Anne Curtis, do NPL.

"As frequências ópticas oscilam muito, muito mais rapidamente, na casajogo de bingo com roletacentenasjogo de bingo com roletateraHertz — centenasjogo de bingo com roletatrilhõesjogo de bingo com roletaoscilações por segundo."

Por que as frequências mais altas são melhores? "A formajogo de bingo com roletaimaginar por que isso é importante é pensarjogo de bingo com roletauma régua com um número finitojogo de bingo com roletamarcas", explica Curtis.

Em uma régua padrão, por exemplo, são marcados os milímetros, mas não os micrômetros.

"Se você aumentar o númerojogo de bingo com roletamarcasjogo de bingo com roletaquatro ordensjogo de bingo com roletamagnitude, obviamente você pode medir com muito mais precisão."

Por isso,jogo de bingo com roletalaboratórios como o NPL, os cientistas estão experimentando agora a nova tecnologia óptica, esperando que, na próxima década, o segundo tenha uma nova definição.

Até lá, muitos testes serão necessários.

"Você precisa criar uma definição que seja útil, prática e realizável por todos os diferentes laboratórios nacionaisjogo de bingo com roletametrologiajogo de bingo com roletatodo o mundo", afirma Curtis.

"Por isso, não pode ser apenas algo sob medida que apenas um grupo seja capazjogo de bingo com roletafazer. E, se for muito bem feito, precisa ser algo que todos nós possamos chamarjogo de bingo com roletaredefinição."

O tempo como construção

Tudo isso ilustra uma verdade extraordinária: não existe um relógio na Terra que possa ser perfeitamente estável ou que funcione exatamente na velocidade correta. Isso vale para os antigos relógiosjogo de bingo com roletaSol e ainda é válido para os relógios atuais, mesmo os atômicos.

O segundo, por exemplo, é definidojogo de bingo com roletaacordo com a tecnologia que temos disponível e com o que um grupojogo de bingo com roletametrologistas encarregadojogo de bingo com roletatomar a decisão escolhe que seja. Os relógios atômicos, mesmo com toda ajogo de bingo com roletaprecisão, ainda precisam ser "dirigidos".

E, quando os metrologistas tomam decisões como acrescentar segundos bissextos à hora certa, eles estão ajustando o tempo às necessidades humanas — para garantir que algumas coisas permaneçam inalteradas, como observar o nascer do Sol sempre pelas manhãs.

A hora do relógio é algo com que todos nós concordamos, e não a hora verdadeira.

Mas essa convenção é uma necessidade para viver e trabalhar nas sociedades modernas. Se voltássemos aos diasjogo de bingo com roletaque o tempo era definido localmente, muitas das nossas tecnologias parariamjogo de bingo com roletafuncionar, os trens sofreriam acidentes e os mercados financeiros entrariamjogo de bingo com roletacolapso.

Gostemos ou não, o mundo é construído com base no tempo do relógio.

Mas pode ser inspirador examinar quais são as bases reais dessa construção. Quando você pensa sobre o tempo como um metrologista, ele se torna algo diferente.

De volta ao NPL, leio o aviso "não toque no maser" e pergunto a um dos cientistas presentes se ele próprio controla bem o seu tempo — se ele, pessoalmente, é pontual, por exemplo.

"Ah, só pensojogo de bingo com roletananossegundos", ele responde.

jogo de bingo com roleta Leia a versão original desta reportagem (em inglês) jogo de bingo com roleta no site BBC Future jogo de bingo com roleta .

Esta tradução foi publicada originalmente em: http://vesser.net/vert-fut-62404690

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