¿Cómo medimos el tiempo?

Un analema sobre Marte.
Un analema sobre Marte.Dennis Mammana

Estos días se nos están haciendo largos a todos, los segundos parecen horas y las semanas meses. La percepción del tiempo no es solo un concepto filosófico, sino un proceso neuronal todavía no resuelto por los científicos. Las horas “pasan más rápido” según cumplimos años y no sabemos el porqué. Sin embargo, todos sabemos que nuestro reloj no nos miente y que, por mucho que parezcan horas, un segundo es un segundo, ¿cierto? Bueno, eso es discutible. Veamos qué es un segundo.

La medida del tiempo, que ahora podemos hacer con precisión de 0,000000000000000001 segundos usando relojes atómicos, ha estado siempre muy ligada a la observación de los cielos. Los egipcios usaban la primera aparición de la estrella Sirio sobre el horizonte después de haber estado oculta durante meses para comenzar su año. Coincidía aproximadamente con las inundaciones del Nilo, extremadamente importantes para la agricultura y la vida en su ribera. Los mayas usaron los ciclos de la Luna y el Sol para elaborar un calendario ultrapreciso, mientras que en el calendario chino los meses están regidos por los ciclos lunares.

El tiempo que hoy medimos con relojes atómicos está basado en un sistema, el sexagesimal, que se inventó hace alrededor de 5.000 años

La unidad internacional del tiempo es el segundo. Un segundo es cada una de las 86.400 partes que dividen un día, 24 horas; cada hora son 60 minutos y cada minuto 60 segundos. Nos enseñan esto cuando somos bien pequeños. Pero esa no es una definición completa, habría que definir un día para rematarla.

Antes de abordar qué es un día, podemos preguntarnos sobre el porqué de los números 24 y 60. Empezamos por el 60, que es más fácil. Como diría Javier Cansado en Ilustres Ignorantes, esto lo inventaron los sumerios. Y después se lo pasaron a los babilonios. Parece mentira, pero el tiempo que hoy medimos con relojes atómicos está basado en un sistema, el sexagesimal, que se inventó hace alrededor de 5000 años. Según la teoría más aceptada, nuestra vida se rige por múltiplos de 60 porque a los sumerios les era fácil contar hasta 12 usando una mano y hasta 60 con dos. Mientras que con el pulgar de la mano izquierda se contaban las falanges de los otros 4 dedos restantes (3 falanges por dedo), con los dedos de la derecha contaban las manos completadas (es decir, cada vez que contaban 12, las 3 falanges de los 4 dedos). Como una mano tiene 5 dedos, esto les daba para contar hasta 60 (12×5). Da la casualidad de que este sistema es también muy apropiado para realizar un calendario, ya que existen aproximadamente 12 ciclos lunares (de unos 30 días, una fracción sencilla de 60) en uno solar, que dura poco más de 360 días (6 veces 60).

Parafraseando la afirmación que atribuyen a Einstein, no es lo mismo una hora paseando por el campo que confinado en casa luchando contra el coronavirus

Por otra parte, las 24 horas se las debemos a los egipcios, que dividían el día en 12 horas de luz y 12 horas de noche y usaban observaciones astronómicas para su calendario. Como la noche y el día no duran lo mismo a lo largo del año, ¡las horas de los egipcios no duraban lo mismo de día que de noche y a lo largo del año! Esto fue así hasta que empezaron a usarse relojes de agua o arena.

Raro lo de tener horas que no duran lo mismo, ¿no? Pues no está tan alejado de lo que hoy seguimos usando. Llegamos ya a la definición de segundo, que deriva de la definición de día. Un día es el tiempo que tarda la tierra en girar sobre sí misma. Para medirlo hacemos como los bailarines al girar, nos fijamos en la posición del Sol en un punto concreto y empezamos a contar hasta que el Sol regresa a ese mismo punto. Eso son 24 horas de tiempo solar, y cada una de las 86400 partes iguales en las que podemos dividir cada hora es un segundo (solar).

El problema es que la Tierra está girando alrededor del Sol, así que la posición del Sol va cambiando durante el año, y afecta a la medida del segundo. No es la mejor idea medir algo con respecto a un sistema de referencia variable. Es mejor usar las estrellas, que están fijas en el cielo (aunque tampoco es exactamente verdad). Podemos medir lo que dura un día usando estrellas nosotros mismos, ahora que tenemos tiempo en casa. Tomen como referencia una hora con su reloj (que mide tiempo solar) y algunos puntos fijos en tierra y fíjense en la posición de alguna estrella brillante (¡¡no un planeta!!). Al día siguiente midan el tiempo de reloj cuando esa estrella está en el mismo sitio. Se van a sorprender. Si usamos las estrellas y si usamos el Sol resulta que un segundo no tiene la misma duración. Hablamos entonces de un segundo sidéreo (con respecto a las estrellas) y un segundo solar. Además, es necesario definir un segundo solar medio, que es lo que usamos de manera oficial, porque durante el año nuestra rotación tomando el Sol como referencia no es constante (¡seguimos con el mismo problema que los egipcios!). Los segundos sidéreos, derivados del día sidéreo, son más cortos que los solares. Dicho de otro modo, aunque es lioso, un día sidéreo dura solo 23 horas y 56 minutos de tiempo solar. Un día sidéreo son 24 horas de tiempo sidéreo, así que hay que acortar un poco más esos segundos sidéreos con respecto a los solares. ¡¡Qué lío!! Por “suerte”, hoy se define el segundo con respecto a procesos atómicos, aunque todo proviene de la astronomía.

Como ven, algo tan básico como un segundo no es fácil de medir de manera absoluta. El problema para definir el tiempo en sí se complica mucho más cuando tenemos en cuenta la Teoría de la Relatividad. De nuevo el problema del sistema de referencia. Parafraseando la afirmación que atribuyen a Einstein, no es lo mismo una hora paseando por el campo que confinado en casa luchando contra el coronavirus.

Pablo G. Pérez González es investigador del Centro de Astrobiología, dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Científicas y del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (CAB/CSIC-INTA).

Patricia Sánchez Blázquez es profesora titular en la Universidad Complutense de Madrid (UCM).

Vacío Cósmico es una sección en la que se presenta nuestro conocimiento sobre el universo de una forma cualitativa y cuantitativa. Se pretende explicar la importancia de entender el cosmos no solo desde el punto de vista científico sino también filosófico, social y económico. El nombre «vacío cósmico» hace referencia al hecho de que el universo es y está, en su mayor parte, vacío, con menos de 1 átomo por metro cúbico, a pesar de que en nuestro entorno, paradójicamente, hay quintillones de átomos por metro cúbico, lo que invita a una reflexión sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo.

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