Não
pode haver encontro a ser levado mais a sério do que um encontro amoroso, em
que é crucial a pontualidade – e obviamente ir ao local correto. Com que
precisão é necessário ser pontual para tal encontro? A maioria de nós dirá que
a precisão de um minuto é suficiente, e assim bastaria ter um relógio de pulso
comum ou mesmo um telefone celular, marcando a hora certa.
Discordo.
Nos dias de hoje, precisamos de um relógio atômico. Explico o porquê.
Muitos
de nós usamos serviços de GPS (da sigla global
positioning system) para nos dirigirmos a qualquer local aonde não vamos regularmente.
E o GPS não funcionaria corretamente se não fosse baseado na utilização de
relógios atômicos, como enfatizado no ensaio anterior. Ou seja, indiretamente
precisamos de relógios atômicos para chegar pontualmente no local do encontro,
a despeito de que não tenhamos a pretensão de uma precisão de nanossegundos.
Afinal,
o que é um relógio atômico? Inicio a explicação relembrando o conceito de
medida de tempo, que pode ser feita a partir de qualquer fenômeno periódico.
Pode ser o período de rotação da Terra, da oscilação de um pêndulo ou de gotas
d’água que caem de uma torneira mal fechada. É fácil compreender que a precisão
de tal medida dependerá basicamente de duas coisas: a regularidade do fenômeno
e a frequência com que se repete. No caso da torneira, por exemplo, uma
inspeção simples mostrará que o pingar das gotas não é tão regular quanto se
gostaria para medir tempo. Por isso, ninguém pensaria em usá-lo. No que tange a
frequência, fenômenos que acontecem com baixa frequência não permitem medir
tempos muito pequenos, ou com muita precisão. Como medir evento que dure um
microssegundo (1 milionésimo de um segundo) se o período de oscilação de um
pêndulo é da ordem de um segundo?
Para
os relógios de pulso, um grande avanço em precisão foi alcançado há algumas
décadas com a utilização de cristais de quartzo, que são materiais com
propriedades piezelétricas. Um material piezelétrico gera um sinal elétrico ao
sofrer pressão, e também apresenta o efeito inverso. Ou seja, ele se expande ou
contrai sob estímulo elétrico. Ao excitar um cristal de quartzo com um sinal
elétrico periódico, numa determinada frequência, denominada frequência de
ressonância, observa-se máxima vibração ou efeito piezelétrico.
Para
usar uma frequência de referência na medida do tempo, contam-se os ciclos de
vibração do cristal de quartzo durante um evento, e compara-se com a frequência
de ressonância do cristal (a usada nos relógios é de 32.768 oscilações por
segundo, isto é, 32.768 Hz). Um exemplo de contagem simples é o de um fenômeno
que ocorre uma vez por segundo, isto é, com frequência de 1 Hz. Se a contagem der
60 ciclos, significa que a duração do evento foi de 60s.
Um
relógio atômico funciona segundo princípios muito semelhantes ao do relógio de
quartzo. A grande diferença está no fenômeno físico responsável pela
ressonância. Ao invés de ser a resposta a um estímulo macroscópico como no
cristal de quartzo, num relógio atômico átomos são excitados por ondas
eletromagnéticas e são observadas transições eletrônicas de acordo com a teoria
quântica. Por isso são chamados de relógios atômicos.
Também
relevante é que a frequência de referência é muito mais alta. Nos relógios
atômicos mais usados, empregam-se átomos de césio-133 cuja frequência é 9.192.631.770
Hz. Ou seja, para 9.162.631.770 oscilações, o relógio interpreta que se passou
um segundo, o que garante precisão muito maior. Para comparar, um relógio baseado no movimento de rotação da Terra atrasaria um segundo
por ano, enquanto os relógios atômicos mais precisos levariam 30 milhões de
anos. A altíssima precisão de relógios atômicos é essencial para controlar a
frequência das ondas de transmissores de televisão e para os sistemas de
navegação por satélite.
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