A ULTIMA PALAVRA EM RELÓGIOS
Dezenas dos maiores fabricantes de relógios do mundo reuniram-se em Nova Orleans em maio deste ano para apresentar suas últimas invenções. Não havia mecânicos entre eles; eram todos cientistas e, no meio de suas conversas, era possível identificar referências a espectros e níveis quânticos. Hoje, quem quiser um relógio de maior precisão tem de avançar pelas fronteiras da física e da engenharia em várias direções ao mesmo tempo: laser que emite vibrações de 1/10005 de segundos e câmaras que resfriam os átomos a poucos milionésimos de graus do zero absoluto.
A medida-padrão do tempo nos Estados Unidos é feita por um relógio de Césio instalado em 1999 pelo laboratório do National Institute of Standars and Tecnology (NIST) e sua margem de erro equivale a uma parte em 105 .
Espera-se que os relógios espaciais criados para vôos da Estação Espacial Internacional de 2005 tenham margem de erro inferior a 10-16s.
Precisão talvez não seja a palavra certa. O segundo foi definido em 1967, por conselho internacional, como a duração de 9.192.631.770 ciclos da radiação correspondente à transição entre as duas camadas hiperfinas do átomo de césio 133 pulverizado”. Esqueça por um momento o que isso significa: a questão é que, para medir um segundo, você tem de considerar o césio. Logo, os melhores relógios não vão — a rigor — medir os segundos. Essa é uma das dificuldades para os fabricantes de relógio.
É mais adiante que está uma limitação mais fundamental ainda: conforme Einstein teorizou e os experimentos confirmaram, o tempo não é absoluto. A velocidade de qualquer relógio diminui à medida que a força da gravidade aumenta ou quando o relógio está em movimento rápido em relação a seu observador — até um único fóton emitido como elétron reorienta seus pólos magnéticos ou salta de uma órbita para outra.
Ao colocar relógios ultraprecisos na estação espacial, os cientistas esperam fazer a teoria da relatividade passar pelas provas mais difíceis com que ela já se deparou. Mas, depois que os relógios atingem uma precisão de 10-18 — proporções que correspondem a uma diferença de menos de metade de segundo relativamente à idade do Universo — os efeitos da relatividade vão testar os cientistas. Não existe tecnologia para sincronizar os relógios do mundo inteiro com esse grau de precisão.
A invenção do exato
Nesse caso, por que se incomodar com o aperfeiçoamento dos relógios atômicos? A duração do segundo já pode ser medida com uma precisão de 14 casas decimais, uma precisão mil vezes maior que a de qualquer outra unidade fundamental. Uma razão para melhorar é que o segundo é, cada vez mais, a unidade fundamental. Três das outras seis unidades básicas — o metro, o lúmen e o ampère — agora são definidas em termos de segundos. O quilograma e a mol talvez sejamos próximos. Usando a famosa equação E = mc2, os cientistas podem transformar uma unidade de massa em uma quantidade equivalente de energia, como um certo número de fótons cujas freqüências correspondem a um determinado algarismo.
Projetos de relógios portáteis e mais estáveis também podem ser uma bênção para a navegação, aumentando a precisão e confiabilidade do Sistema Global de Posicionamento (GPS, na sigla em inglês) e do Sistema Galileu, uma alternativa concorrente que está sendo desenvolvida na Europa. Relógios melhores agudariam a Nasa a acompanhar os seus satélites, possibilitaria às empresas de utilidade pública e comunicações identificar defeitos em suas redes e aumentaria a capacidade dos geólogos de localizar terremotos e testes de bombas nucleares.
Para compreender por que o aperfeiçoamento da marcação do tempo ganhou tal velocidade, seria bom ver como funcionam os relógios atômicos. Em princípio, eles são exatamente iguais a todos os outros relógios, com um oscilador que “vibra” regular-mente e o contador, que converte o número de oscilações em segundos. Num relógio de césio, esse dispositivo não é mecânico (como um pêndulo), nem eletromecânico (como num cristal de quartzo). É quântum-mecânico: um fóton de luz é absorvido pelo elétron da camada externa do átomo de césio, fazendo com que o elétron inverta o seu campo magnético (e o 5pm associado a ele).
Ao contrário dos pêndulos e cristais, todos os átomos de césio são idênticos. Eles invertem seu 5pm quando atingidos por microondas que têm freqüência de 9.192.631.770 ciclos por segundo. Para medir os segundos, o relógio trava seu gerador de microondas no ponto ótimo do espectro em que a maior parte dos átomos de césio reage. Aí ele começa a contar os ciclos.