Seria possível definir “I segundo” com o espaço de tempo entre duas batidas do coração do presidente da Sociedade Americana de Física. Galileu usou algumas vezes o seu próprio pulso para medir o tempo. Por que uma definição baseada em um relógio atômico é muito melhor?
Passo 1
O enunciado pergunta se poderíamos definir “um segundo” como o intervalo entre duas batidas do coração de uma pessoa (por exemplo, do presidente da Sociedade Americana de Física), lembrando que Galileu às vezes usou seu pulso para medir tempo, e pede para explicar por que é muito melhor usar um relógio atômico. O conteúdo é metrologia de tempo e unidades fundamentais, e vamos precisar discutir reprodutibilidade, estabilidade e precisão de diferentes padrões de tempo.
Passo 2
Uma definição baseada no pulso de uma pessoa falha porque o período entre batidas cardíacas é irregular e dependente de fatores fisiológicos como stress, atividade física, temperatura corporal e estado emocional. Isso significa que não há como obter sempre o mesmo valor; duas pessoas diferentes, ou a mesma pessoa em momentos distintos, terão ritmos cardíacos distintos, produzindo variações de segundos a frações de segundo.
Passo 3
Um relógio atômico usa transições eletrônicas ou hiperfinas de átomos (por exemplo, o átomo de césio-133) como referência. A definição atual do segundo é baseada em
Essas transições são extremamente reprodutíveis, pois a estrutura atômica é idêntica para todo átomo de césio, e estáveis, pois a frequência de ressonância varia pouquíssimo com temperatura, pressão ou campo magnético.
Passo 4
A grande vantagem de um relógio atômico é sua precisão (incertezas de ordem de
ou melhores), sua estabilidade a longo prazo (não “escorrega” como um pêndulo ou um batimento cardíaco) e sua universalidade (qualquer laboratório no mundo, com um átomo de césio, obtém o mesmo valor). Isso permite sincronizar sistemas de navegação, telecomunicações e experimentos científicos com exatidão incomparável.
Resposta
Uma definição baseada em um relógio atômico é muito melhor porque oferece reprodutibilidade global, extrema estabilidade e altíssima precisão, enquanto intervalos de tempo cardíacos são variáveis e dependentes das condições fisiológicas e ambientais.