Si la velocidad de la luz es una constante universal, ¿por qué los relojes más precisos usan la desintegración radiactiva como referencia, y no la luz que pasa a través del vacío?

La razón específica por la que no es que el estándar internacional para un ” segundo ” es: “9.192.631.770 ciclos de la radiación producida por la transición entre dos niveles del átomo de cesio 133”.

Entonces, un dispositivo que cuenta correctamente ese número de ciclos de esa transición es POR DEFINICIÓN , un reloj 100% exacto y perfecto.

Si, en cambio, construyera una caja de cierta longitud conocida con (por ejemplo) un rayo láser en un extremo, un espejo en el otro extremo y midiera el tiempo que tarda el rayo en recorrer la longitud de la caja y regresar, entonces usted podría hacer un reloj dividiendo la distancia recorrida por la velocidad de la velocidad de la luz.

Pero para hacer eso, necesitaría saber la longitud de la caja con una precisión del 100%, y la velocidad de la luz con una precisión del 100%. Eso será imposible porque cualquier caja real cambiará las dimensiones dependiendo de la temperatura, la presión del aire externo; tal vez también se curva debido a la gravedad, se dobla debido a las fuerzas de marea de la luna, cambia la longitud fraccionalmente debido a los campos magnéticos, etc. También necesito saber que el espejo tenía un ángulo preciso con respecto al haz de luz.

Habría todo tipo de posibles fuentes de error en su reloj … donde el “reloj atómico” es correcto por definición .

Es tentador cambiar la definición de “un segundo” para que sea el tiempo que le toma a un fotón viajar 299,792,458 metros … lo que haría posible que su reloj sea preciso “por definición”. Pero esto introduciría otro problema. Se vincularía la definición de un “segundo” a la definición de un “medidor”.

Pero un “medidor” se define actualmente como la distancia recorrida por la luz en 1 / 299,792,458 segundos.

Entonces, lo que tendría sería una “definición circular”: la longitud de un metro depende de la duración de un segundo, ¡que dependería de la longitud de un metro!

Por lo tanto, definimos un segundo en términos de algo que solo se puede contar … no depende de otras definiciones. La definición de un medidor depende solo de la definición de un segundo. ¡La vida es buena!

La gente de estandarización se encuentra actualmente en el proceso de cambiar la definición de un “kilogramo” para que sea la masa de un número específico de átomos, lo que reduciría esa definición a otra cosa que solo se puede contar.

Entonces, lo que terminaríamos sería estándares que pueden (al menos en teoría) ser 100% perfectamente precisos.

La velocidad de la luz es una constante universal y legal.

Los relojes más precisos son las transiciones de electrones microfinos en estado gaseoso en átomos dispersos. NO es un proceso de desintegración nuclear, solo electrones que cambian de espín.

Y están trabajando en un reloj más preciso, que utiliza resonadores ópticos: http://iopscience.iop.org/articl

… lo cual será un poco problemático “lógicamente” ya que está cronometrando utilizando una geometría conocida y estable (por lo tanto, una longitud fija), para establecer el segundo, que establece la longitud de la unidad. Entonces, supongo que, con una precisión mayor de 6 órdenes de magnitud con este nuevo reloj (como lo leí), la definición del medidor puede tener que cambiar para ser un porcentaje de una cavidad óptica estándar (tantos átomos / moléculas).

Para medir el tiempo a partir de la velocidad, necesita saber dos cosas: (1) la velocidad; y (2) la distancia recorrida. Luego puede calcular el tiempo como distancia / velocidad. Conocemos con precisión la velocidad (299,792,458 m / s por definición), pero necesita una distancia precisa y estable sobre la cual medir la luz que viaja para calcular el tiempo. Las distancias son difíciles: las cosas tienden a moverse, estirarse, expandirse o contraerse según la temperatura, o de lo contrario cambian con el tiempo. Esto es exactamente lo que no quieres en un reloj ultra preciso.

Los relojes atómicos, por el contrario, operan midiendo la frecuencia de un fotón emitido en una transición electrónica (típicamente entre dos estados fundamentales del cesio 133, pero también se usan rubidio y probablemente otros). Como el tiempo es el inverso de la frecuencia, no depende de ninguna otra variable. Cada vez que cuenta 9,192,631,770 ciclos de un fotón de esa frecuencia, pasa un segundo).

Por cierto, la desintegración radiactiva no entra en la medición en absoluto. Los radioisótopos se descomponen al azar (aunque con probabilidades conocidas y medibles), ¡lo cual también es algo que realmente no desea en sus mediciones de tiempo ultraprecisas!

Todavía hay relojes más precisos que los relojes atómicos de cesio: la vanguardia en la medición del tiempo es de relojes atómicos ópticos basados ​​en frecuencias resonantes decenas de miles de veces más altas que Cs-133.

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