¿Por qué un reloj debe ser "preciso"?

Question

Después de leer que los relojes atómicos son más precisos que los relojes mecánicos ya que pierden un segundo solo en millones de años, me pregunto por qué es necesario que un reloj de referencia se preocupe por esto, si la definición del segundo en sí mismo es una función del número de ticks que hace el reloj.

¿Por qué no simplemente usamos un solo reloj mecánico simple en algún lugar con un resorte enrollado que lo haga tic-tac, y cada vez que hace un tic-tac, lo tratamos como si hubiera pasado un segundo?

(Suponiendo que este reloj estuviera transmitiendo su tiempo a través de servidores de NTP en Internet a todo el mundo)

Answer 1

Una forma de pensarlo es que

solo usa un simple reloj mecánico en algún lugar con un resorte enrollado que lo hace tic-tac, y cada vez que hace un tic-tac, trátalo como si hubiera pasado un segundo

no es tan preciso como piensas. No hay garantía de que tu reloj mecánico se mantenga como está en 100 años.

Otro ejemplo se puede dar con la forma en que se definió primero el metro. Se definió como la longitud de una barra hecha por la Oficina Internacional de Pesos y Medidas (BIPM). La barra puede empezar a cambiar de forma o deteriorarse con el tiempo.

A partir de 2019, la definición más precisa del segundo se puede encontrar en esta wikipedia

"El segundo, símbolo $s$, es la unidad SI de tiempo. Se define tomando el valor numérico fijo de la frecuencia del cesio $\Delta v_{Cs}$, la frecuencia de transición hiperfina del estado fundamental no perturbado del átomo de cesio $133$, como $9192631770$ cuando se expresa en la unidad Hz, que es igual a $s^{-1}$."

Answer 2

El truco es que si hicieras eso con un reloj mecánico, lo que sucedería es que la duración de su "segundo" cambiaría progresivamente con el tiempo a medida que las piezas se desgastan y demás. Por lo tanto, no puedes saber si un "segundo" recién pasado realmente fue tan largo o tan corto como uno pasado algún tiempo antes. Dado que no tienes nada más para definir un segundo, no hay forma de reparar o reconstruir el reloj para solucionar esto ya que no tienes un punto de referencia.

Es la misma razón por la que recientemente se deshizo del estándar de masa física del kilogramo. El trozo de metal era realmente duradero y estaba bien cuidado ... simplemente no lo suficientemente duradero y su masa cambiaba lentamente en unos pocos microgramos.

Por otro lado, un estándar de frecuencia atómica está basado en procesos físicos que no cambian hasta donde sabemos. Incluso si el reloj atómico se vuelve defectuoso y comienza a reportar un tiempo inexacto a medida que sus componentes electrónicos se desgastan, puedes simplemente repararlo o reemplazarlo y compararlo nuevamente con este estándar subyacente, porque de hecho no es un artefacto en absoluto.

Answer 3

"¿Por qué no usamos simplemente un simple reloj mecánico en algún lugar..."

¡Esta es una idea muy buena! Y de hecho, durante muchos años fue la solución al problema de la longitud y la masa. Todavía creo que hay un pequeño edificio en Sèvres que guarda una barra de 1m de longitud y un peso de 1Kgr.

Pero lamentablemente, esos eran los prototipos y cualquier otra persona solo podía hacer copias. Al redefinir el segundo (y el metro, y el Kgr y algunas otras cosas) ahora cualquiera puede crear la "barra" original o el "Kgr" o el "segundo" en cuestión. Un reloj de Cesio realiza exactamente la nueva definición del segundo, y puede ser creado en cualquier lugar del universo siempre que exista cierta homogeneidad, isotropía y otras condiciones, permitiendo así la sincronización. En el fondo es una cuestión de democracia (una vez más). :)

Answer 4

si la definición del segundo en sí mismo es una función del número de ticks que hace el reloj.

Bueno... la definición original de un segundo era un latido del corazón humano.

En el antiguo Imperio Romano, el día siempre se dividía en 12 horas y la noche también se dividía siempre en 12 horas, con un total de 24 horas, pero esas 24 horas no eran uniformes. Por ejemplo, en invierno los "segundos diurnos" eran más cortos mientras que los "segundos nocturnos" eran más largos; lo contrario sucedía en verano. ¡Qué lío!

Hoy en día, un segundo se define como 1/86400 de un día de 1820. Y, por supuesto, 200 años después, la Tierra ya no rota a la misma velocidad, por lo que un día en 2022 tiene más de 86400 segundos... lo que produce el concepto de "segundos intercalares". A nadie le gustan los segundos intercalares ahora. Quiero decir, ¿quién quiere contar hasta 61 [segundos] para celebrar el feliz año nuevo [cada dos años]?

Answer 5

Antes de que existiera el GPS y antes de que Usain Bolt diera sus primeros pasos, había barcos en el mar. Es fácil determinar la latitud con un instrumento como un Sextante y algo de trigonometría. Sin embargo, medir la longitud sin un reloj preciso es muy difícil.

Investiga sobre John Harrison y el desarrollo del Cronómetro marino (comienza aquí: https://es.wikipedia.org/wiki/Cronómetro_marino) para descubrir la importancia de la medición precisa del tiempo para indicar a un barco su ubicación en el océano.

La medición del tiempo y la medición de "dónde estás" han estado vinculadas a lo largo de los siglos.