Como funcionam os relógios atômicos, sem os quais o mundo moderno afundaria no caos:jogos que pagam via pix

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 tecnologiasjogos que pagam via pixque dependemos, desde a navegação via satélite até os telefones celulares, o tempo é "o insumo escondido".

Mas como conseguimos chegar a este sistema compartilhadojogos que pagam via pixcálculo do tempo, como ele mantémjogos que pagam via pixprecisão 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,jogos que pagam via pixum lugar era meio-dia, mas no final da rua eram 12h15.

Ainda nos anos 1800, os Estados Unidos operavam com centenasjogos que pagam via pixpadrõesjogos que pagam via pixtempo diferentes, definidos pelas cidades e pelos gerentes das ferrovias locais. Isso ocorria,jogos que pagam via pixparte, porque não havia uma forma viáveljogos que pagam via pixsincronizar todos os relógiosjogos que pagam via pixum país, que dirájogos que pagam via pixtodo 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 relógiojogos que pagam via pixSol, a torrejogos que pagam via pixum 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,jogos que pagam via pixalguns casos, podia ser mortal.

Em meados dos anos 1800, por exemplo, dois trens colidiramjogos que pagam via pixfrente na região da Nova Inglaterra, nos Estados Unidos, matando 14 pessoas — tudo porque um dos condutores usava um "relógio emprestadojogos que pagam via pixmá qualidade", que não estava sincronizado com o do colega.

Para operarjogos que pagam via pixforma eficiente, as economiasjogos que pagam via pixcrescimento precisavamjogos que pagam via pixum sistema melhor e compartilhadojogos que pagam via pixprecisão do tempo, que permitisse que as fábricas pudessem empregar mãojogos que pagam via pixobra 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 Realjogos que pagam via pixGreenwich,jogos que pagam via pixLondres. Os avançados relógios mecânicos do observatório mostravam a hora "real": o Tempo Médiojogos que pagam via pixGreenwich (GMT, na siglajogos que pagam via pixinglês).

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"jogos que pagam via pixtodo o país, garantindo que toda a rede ferroviária do Reino Unido estivesse sincronizada. Nos anos 1880, o sinal horáriojogos que pagam via pixGreenwich foi enviado por meio do Atlântico por um cabo submarino até Harvard,jogos que pagam via pixCambridge, Massachusetts, nos Estados Unidos.

E, na Conferência Internacional do Meridianojogos que pagam via pix1884, na capital americana, Washington DC, maisjogos que pagam via pix25 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 certajogos que pagam via pixsuas transmissõesjogos que pagam via pixrádio, com uma sériejogos que pagam via pix"pips" a cada hora cheia. E, quando começaram as transmissões para o exterior, os sinais horários passaram a ser emitidos para todo o mundo,jogos que pagam via pixondas curtas.

Na época, os sinais eram geradosjogos que pagam via pixGreenwich. 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 najogos que pagam via pixtransmissão.

As décadas se passaram e ficou clara a necessidadejogos que pagam via pixuma melhor formajogos que pagam via pixsincronização do tempo.

Os responsáveisjogos que pagam via pixGreenwich defendiam que seus relógios estavam entre os mais precisos do mundo, mas seus cálculos eram baseadosjogos que pagam via pixuma referência que não era confiável: o tempo que a Terra leva para dar uma voltajogos que pagam via pixtornojogos que pagam via pixsi mesma.

Para fornecer o horário com precisão, todos os relógios precisamjogos que pagam via pixum processo repetitivo periódico, seja a oscilaçãojogos que pagam via pixum pêndulo ou as oscilações eletrônicasjogos que pagam via pixum cristaljogos que pagam via pixquartzo.

Os relógios do Observatório Realjogos que pagam via pixGreenwich eram calibrados usando o tempo que o Sol leva para atingir a mesma posição no céu depoisjogos que pagam via pixum dia. O seu pêndulo, portanto, era a própria Terra, girandojogos que pagam via pixuma velocidade aparentemente previsível. O mesmo conceito foi aplicado para definir o Tempo Universal, que substituiu o horário GMTjogos que pagam via pix1928.

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, alémjogos que pagam via pixmudanças 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,jogos que pagam via pixmédia, 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 especialistasjogos que pagam via pixfísica quântica sugeriram que os átomos poderiam oferecer uma forma muito melhorjogos que pagam via pixmedir o tempo que a rotação da Terra.

A aplicaçãojogos que pagam via pixuma frequência específicajogos que pagam via pixradiação eletromagnética a um átomo faz com que seus níveisjogos que pagam via pixenergia se alterem. Você pode então usar um contador eletrônico para acompanhar essas transições.

Como a oscilaçãojogos que pagam via pixum pêndulo, este processo periódico estável pode ser usado para calcular o tempo — e viria a servirjogos que pagam via pixbase 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,jogos que pagam via pixforma 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 masersjogos que pagam via pixhidrogênio do NPLjogos que pagam via pixLondres são alguns dos relógios atômicos mais importantes do planeta. Existem algumas centenas deles espalhados pelo mundo, operados pelos institutos nacionaisjogos que pagam via pixmetrologia, 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 informaçõesjogos que pagam via pixtempo do seu bancojogos que pagam via pixrelógios atômicos — os masersjogos que pagam via pixhidrogênio —, aplicando correções ocasionais se o relógio parecer estar atrasado ou adiantado. Os metrologistas chamam essa operaçãojogos que pagam via pix"dirigir" o relógio e usam um equipamento separado para definir a duraçãojogos que pagam via pixum segundo.

O NPL envia essa correção para o Escritório Internacionaljogos que pagam via pixPesos e Medidas (BIPM, na siglajogos que pagam via pixfrancês),jogos que pagam via pixParis, na França. Os cronometristas do BIPM calculam uma média ponderadajogos que pagam via pixtodas essas medições, com os relógiosjogos que pagam via pixmelhor 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 TAIjogos que pagam via pixum documentojogos que pagam via pixextrema importância, chamado "Circular T" (sua versãojogos que pagam via pixinglês 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 Nacionaljogos que pagam via pixPadrões e Tecnologia (NIST, na siglajogos que pagam via pixinglês — o antigo National Bureau of Standards) e existem muitos outros órgãos similares espalhados pelo mundo.

No Brasil, o organismo responsável designado pelo Inmetro (Instituto Nacionaljogos que pagam via pixMetrologia, Normalização e Qualidade Industrial) é a Divisãojogos que pagam via pixServiço da Hora do Observatório Nacional. Ambos têm sede no Riojogos que pagam via pixJaneiro.

Basicamente, a Circular T é o equivalente moderno da bola vermelha do Observatório Realjogos que pagam via pixGreenwich.

É claro que a maioria das pessoas não precisa saber a hora com precisãojogos que pagam via pixnanossegundos, 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 distribuiçãojogos que pagam via pixenergia e o mercado financeiro precisam da hora certa com alta precisão."

As novas tecnologias também trazem exigências adicionais. A redejogos que pagam via pixinternet 5G, por exemplo, é construída com basejogos que pagam via pixsincronização precisa, assim como a tecnologiajogos que pagam via pixnavegação que orienta os veículos autônomos.

Acontece que o TAI ainda é a construçãojogos que pagam via pixum tempo "verdadeiro" hipotético: uma medição com a qual o mundo simplesmente concorda. Nada mais é que uma média ponderadajogos que pagam via pixdiversos relógios atômicos,jogos que pagam via pixque 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 padrãojogos que pagam via pixtempo mudou — e, com ela, nossa definiçãojogos que pagam via pixtempo. E mais: ela poderá mudar novamentejogos que pagam via pixbreve.

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 longojogos que pagam via pix1900 do quejogos que pagam via pix1930, quando a rotação média do planeta era mais rápida.

Os metrologistas já enfrentaram um problema similar com o quilograma, que era baseadojogos que pagam via pixum blocojogos que pagam via pixmetal guardadojogos que pagam via pixum cofrejogos que pagam via pixParis. Inexplicavelmente, ele mudou ao longo do tempo e, com ele, toda a definiçãojogos que pagam via pixquilograma.

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

Ficou decidido,jogos que pagam via pix1967, que o segundo deveria ser baseadojogos que pagam via pixum valor numérico fixo da transição entre dois níveis hiperfinos do estado fundamental do átomojogos que pagam via pixcésio sem perturbação.

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

Basicamente, é apenas outro processojogos que pagam via pixrepetição periódica — a basejogos que pagam via pixtodas as medições do tempo. Se você irradiar micro-ondas sobre átomosjogos que pagam via pixcésio, eles liberam mais radiação eletromagnética, com uma frequência específica que depende dos níveisjogos que pagam via pixenergia no interior do átomo. Medindo essa frequência, como quem conta as oscilaçõesjogos que pagam via pixum pêndulo, é possível medir a passagem do tempo.

Os cientistas do NPL fazem esse cálculo com a chamada fontejogos que pagam via pixcésio.

"Nós usamos a luz para lançar os átomos no ar a cercajogos que pagam via pixmeio 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 átomosjogos que pagam via pixqualquer outra forma (com eletricidade, por exemplo), ou usando a luz para retê-los, isso irá alterarjogos que pagam via pixfrequência."

Esta definição foi escolhida porque o césio é um isótopo confiável. Praticamente todos os átomosjogos que pagam via pixuma amostra vão reagir à radiação eletromagnética da mesma forma.

Além disso, no século 20, as frequênciasjogos que pagam via pixmicro-ondas podiam ser medidasjogos que pagam via pixforma 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 precisajogos que pagam via pixtecnologia mais avançada para medir a frequência das asasjogos que pagam via pixuma 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 importantejogos que pagam via pixmetrologia", afirma Gill.

E ela é utilizada pelo NPL e pelo BIPM para fundamentar os cálculosjogos que pagam via pixdocumentos 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 definidojogos que pagam via pixtermos dessa transiçãojogos que pagam via pixmicro-ondasjogos que pagam via pixcésio, 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 casajogos que pagam via pixcentenasjogos que pagam via pixteraHertz — centenasjogos que pagam via pixtrilhõesjogos que pagam via pixoscilações por segundo."

Por que as frequências mais altas são melhores? "A formajogos que pagam via piximaginar por que isso é importante é pensarjogos que pagam via pixuma régua com um número finitojogos que pagam via pixmarcas", explica Curtis.

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

"Se você aumentar o númerojogos que pagam via pixmarcasjogos que pagam via pixquatro ordensjogos que pagam via pixmagnitude, obviamente você pode medir com muito mais precisão."

Por isso,jogos que pagam via pixlaboratórios 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 nacionaisjogos que pagam via pixmetrologiajogos que pagam via pixtodo o mundo", afirma Curtis.

"Por isso, não pode ser apenas algo sob medida que apenas um grupo seja capazjogos que pagam via pixfazer. E, se for muito bem feito, precisa ser algo que todos nós possamos chamarjogos que pagam via pixredefinição."

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 relógiosjogos que pagam via pixSol e ainda é válido para os relógios atuais, mesmo os atômicos.

O segundo, por exemplo, é definidojogos que pagam via pixacordo com a tecnologia que temos disponível e com o que um grupojogos que pagam via pixmetrologistas encarregadojogos que pagam via pixtomar a decisão escolhe que seja. Os relógios atômicos, mesmo com toda ajogos que pagam via pixprecisão, 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 diasjogos que pagam via pixque o tempo era definido localmente, muitas das nossas tecnologias parariamjogos que pagam via pixfuncionar, os trens sofreriam acidentes e os mercados financeiros entrariamjogos que pagam via pixcolapso.

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 pensojogos que pagam via pixnanossegundos", ele responde.

jogos que pagam via pix Leia a versão original desta reportagem (em inglês) jogos que pagam via pix no site BBC Future jogos que pagam via pix .

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

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