Los conceptos Espacio y Tiempo

El ser humano no mide características físicas de objetos o eventos de la naturaleza. Lo que hace es comparar esas características respecto unas definidas por él mismo como características patrón.

En concreto, dos de esas características son el espacio y el tiempo. El ser humano no mide espacios y tiempos. Lo que hace es comparar distancias entre objetos (y tamaños) o duraciones de eventos de la naturaleza respecto a un espacio patrón, que llamamos metro y un tiempo patrón, que llamamos segundo.

CesioLo que hemos hecho ha sido elegir un objeto de la naturaleza (llamado átomo de Cesio) que emite una radiación específica cuyo período de oscilación sirve para definir nuestra  actual unidad de tiempo patrón. A un múltiplo de esa unidad de tiempo patrón es lo que hemos llamado segundo. Concretamente, el segundo se define como  la duración de 9.192.631.770 oscilaciones de la radiación emitida en la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del isótopo 133 del átomo de cesio (133Cs), a una temperatura de 0 K. (-273 grados Centígrados).

Lo importante no es entender qué son los niveles hiperfinos ni nada de eso. Lo importante es que sepas que hemos elegido una duración que hemos encontrado en la naturaleza como duración de la unidad de tiempo patrón y todas la demás duraciones y eventos de la naturaleza los compararemos con esta unidad de tiempo patrón.

Así pues la unidad de tiempo patrón es la duración de una sola de esas oscilaciones. El segundo es lo que llamo tiempo patrón, no la unidad de tiempo patrón. Usamos el segundo por comodidad, ya que los sucesos de nuestra vida cotidiana duran segundos o múltiplos de segundos. El segundo lo hemos definido como la duración de 9.192.631.770 veces la unidad de tiempo patrón.

Resumiendo:

  • Unidad de tiempo patrón = duración de una sola oscilación de la radiación del Cesio
  • Tiempo patrón = Segundo = duración de 9.192.631.770 oscilaciones de la radiación del Cesio

ReglaPara definir nuestra actual unidad de espacio patrón podríamos haber elegido algo en la naturaleza cuyo tamaño fuera siempre el mismo, como el tamaño de un protón, el de un electrón o algo parecido, y ese tamaño (esa distancia) sería nuestra unidad de espacio patrón. Pero, en vez de eso, hemos preferido elegir como unidad de espacio patrón aquella distancia que recorre la luz (en el vacío) durante la unidad de tiempo patrón, que ya teníamos definida. Es decir, es lo que avanza la luz en el vacío en el intervalo de tiempo que hay entre una oscilación de la radiación del Cesio y la siguiente.

El metro es un múltiplo de esa unidad de espacio patrón (aunque, como veremos, el múltiplo no es un número entero). Es decir, tanto la unidad de espacio patrón como el metro son algo obtenido. No son algo que hayamos encontrado en la naturaleza. La luz sí la hemos encontrado en la naturaleza y en ella nos hemos basado para obtener nuestra unidad de espacio patrón y luego hemos definido lo que llamamos metro (espacio patrón).

Desde 1983 el metro se define como la distancia recorrida por la luz en el vacío (que asumimos que es independiente de la longitud de onda) en 1/299.792.458 segundos.

Velocidad de la luzComo podéis observar esta duración de tiempo (elegida por el ser humano) es la inversa de la velocidad de la luz expresada en metros/segundo. Por tanto, es lógico que luego digamos que la velocidad de la luz es 299.792.458 m/s. No podía ser de otra forma. Si hubiéramos definido metro (que es una palabra inventada por el ser humano) como la distancia recorrida por la luz en 0,5 segundos (1/2 de segundo), luego diríamos que la velocidad de la luz es de 2 metros/s. Es un puro convenio. La cifra que representa la velocidad de la luz procede de un convenio realizado por los seres humanos. Procede de una elección arbitraria que hemos hecho.

Lo que me resulta redundante es que el ser humano luego diga que quiere medir la velocidad de la luz, cuando la ha utilizado precisamente para construir sus reglas de medir. Es como fabricar con arcilla una regla de medir, pintar sobre ella sus divisiones 1, 2, 3, etc. con una separación constante pero inventada y luego, con ella querer medir la propia regla. Obviamente, si has pintado 10 divisiones, dirás que la regla mide 10. Pues esto tan aparente estúpido es lo que hace el ser humano cuando habla de medir la velocidad de la luz. Si además piensas que esa regla de arcilla, por cualquier razón (como pueda ser que aumenta la temperatura) se dilata, lógicamente seguirá teniendo 10 divisiones pintadas. Si con esa regla dilatada queremos medir la propia regla dilatada, evidentemente seguiremos diciendo que la regla mide 10 y podemos caer en el error de decir que la temperatura no afecta al tamaño de la regla pues siempre mide lo mismo. Personalmente creo que este error lo está cometiendo el ser humano sin darse cuenta cuando habla de espacios y tiempos, y en especial cuando habla de la constancia de la velocidad de la luz. Dejo estas opiniones personales para seguir hablando de la unidad de espacio patrón y del metro.

El cálculo de la unidad de espacio patrón expresada en metros es sencillo. Sólo hay que dividir 299.792.458 entre 9.192.631.770. Es decir, la unidad de espacio patrón, que es la distancia que recorre la luz en el vacío durante una sola oscilación de la radiación del átomo de Cesio (durante la unidad de tiempo patrón) es igual a 0,0326122557174941 metros.  Redondeando (para recordarlo mejor) podemos decir que la unidad de espacio patrón = 0,0326 metros. Es decir; como tu dedo pulgar (3,26 cm) más o menos.

Dedo pulgar

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