Achim M. Loske
Nuestro relato podría comenzar en mil diferentes sitios y épocas. Iniciarlo junto al famoso “Big Ben”, en la multifacética capital del Reino Unido es atractivo. No es el reloj más complicado, interesante o preciso, pero sí uno de los más populares. Esto se debe a su ubicación, a sus cuatro majestuosas carátulas, a su torre de 98 metros de altura y a su imponente campana de más de 13 toneladas de peso, cuyo primer toque se escuchó en 1858. Situado a la orilla del río Támesis, en el Palacio de Westminster es, sin lugar a duda, uno de los relojes más fotografiados del mundo. Inicialmente se le llamó “Big Ben” únicamente a la gran campana, en honor al corpulento comisario de obras de Londres, Benjamin Hall. Con el paso del tiempo, toda la torre con el reloj adoptó este nombre. Las
pesas que requiere la maquinaria para su funcionamiento son gigantescas. Antiguamente dos hombres trabajaban varias horas para levantarlas y, con ello, darle cuerda al reloj. Ahora esta tarea la realiza un motor eléctrico. Su diseñador, el brillante abogado y relojero Edmund Beckett Denison (1816-1905), con apoyo del astrónomo George Airy y del relojero Edward John Dent, dotó al Big Ben de un sistema de escape, es decir, de
regulación, novedoso. La melodía de su sonería, conocida como “Westminster”, ha sido reproducida en muchos relojes y es famosa desde que, a partir de 1924, se transmitió a todo el mundo a través de la BBC (“British Broadcasting Corporation”) de Londres. El error de este reloj no excede medio segundo en ningún instante, lo cual es formidable para un mecanismo de su época, sin embargo, debe reconocerse que, para lograrlo, el Big Ben recibe ayuda. Es precisamente esta ayuda la que nos lleva a nuestro siguiente destino: Greenwich.
Pero antes de viajar a Greenwich, permanezcamos un momento más junto al Big Ben, reflexionando sobre la medición del tiempo. Los primeros relojes mecánicos fueron construidos para iglesias y monasterios a finales del siglo XIII. Eran grandes, pesados y se adelantaban o atrasaban más de 15 minutos diarios. Curiosamente, estos primeros guarda-tiempos no tenían manecillas. Anunciaban el paso de las horas con el sonido de una campana. Posteriormente, aparecieron relojes con una manecilla para indicar las horas. Pasaron cientos de años hasta que se usó el minutero. Esto se debió a que los relojes antiguos no tenían un sistema de regulación confiable. El uso del péndulo fue una solución ingeniosa. El primer reloj de péndulo, diseñado por Christiaan Huygens en 1656, superó por mucho la precisión de los mejores relojes de su época.
Además de contar con un mecanismo de regulación, los relojes necesitan una fuente de energía. En un principio dicha energía provenía de la caída, muy lenta, de una serie de pesas. La desventaja del péndulo y de las pesas era que el reloj no podía ser portátil. Esto se resolvió a finales del siglo XV con el uso de resortes. Inicialmente, aún tenían variaciones de varios minutos al día, pero independientemente de su precisión, surge una pregunta: ¿Cómo se ponían a tiempo los relojes? Sin ajustarlos, después de algunos meses tendrían diferencias de varias horas entre ellos. Una solución fueron los relojes solares. Por ello podemos admirarlos a un lado de un gran número de relojes de torre en iglesias y edificios públicos, sobre todo en Europa.
La ventaja de los relojes solares es que determinan la hora, es decir, no sólo son guarda tiempos. Con estos relojes, frecuentemente diseñados por astrónomos, es posible determinar la hora en base a la proyección de la sombra de un indicador sobre una carátula, es decir, en base a la posición relativa entre el Sol y la Tierra.
En días nublados o durante la noche se recurría a relojes mecánicos o a relojes de vela, agua, arena y fuego, que se basaban en el consumo de cierta sustancia para marcar intervalos. Independientemente de su mecanismo, la mayoría de estos relojes eran auténticas obras de arte.
Desde Londres, un corto viaje en tren nos lleva a un sitio formidable, en el que se funden naturaleza, ciencia e historia. Si de la determinación del tiempo hablamos, el famoso Observatorio de Greenwich es lo primero que viene a la mente.
Entre las piezas más interesantes que se encuentran en el museo del Observatorio de Greenwich están cuatro relojes diseñados y construidos por un genio de nombre John Harrison. Al estar frente a ellos, lo mínimo que podemos hacer es una gran reverencia y recordar que con uno de estos relojes Harrison ganó el millonario Premio de la Determinación de la Longitud, ofrecido por el Gobierno Británico para la persona que lograra encontrar un método para determinar la longitud geográfica de un barco en alta mar, con un error menor a medio grado.
Pero ¿qué tiene que ver esto con los relojes? Recordemos que la latitud indica cuántos grados hacia el norte o hacia el sur del ecuador terrestre se encuentra un sitio. Por definición, la latitud del polo norte y del polo sur equivale a 90 grados y la del ecuador a cero grados. Sin embargo, para saber qué tanto hacia el este u oeste se encuentra uno, se requiere de otro ángulo: la longitud. Por razones históricas, desde 1884 la longitud se mide a partir del meridiano que pasa por el Observatorio de Greenwich, denominado Meridiano de Greenwich o Meridiano Cero. La Tierra se dividió en 24 gajos imaginarios de 15 grados. Cada gajo equivale a una hora.
Para que al capitán de un barco le fuera posible encontrar su ubicación, en todo momento era indispensable conocer la latitud y longitud. De lo contrario, estaba perdido. Para calcular qué tanto se había desplazado hacia el este u oeste, tenía que saber la hora en el lugar de partida y la hora en el sitio en el que se encontraba. Determinar la hora en el lugar en el que se encontraba era posible observando la posición del Sol. Para conocer la hora en el puerto de partida, se requería de un buen reloj mecánico, ya que no había telecomunicaciones para llamar y preguntar qué hora es. Si el viaje era largo y el reloj se adelantaba o atrasaba, aumentaba el error al determinar la longitud. Estos errores causaron muchas catástrofes. Para evitarlas, el reloj debía funcionar en alta mar, por lo que no podía poseer un péndulo, y no debía atrasarse o adelantarse más de unos cuantos segundos al día. ¡Un gran reto para aquella época!
John Harrison construyó un mecanismo asombroso, conocido como el H1. El reloj fue puesto a prueba en 1736, sin embargo, no cumplió con los requisitos. Debido al diseño revolucionario de su reloj, Harrison recibió apoyo económico para diseñar un modelo aún mejor, el H2. Lamentablemente, este reloj tampoco cumplió con las normas estrictas impuestas por el Gobierno Británico para ganar el premio. Durante los siguientes 19 años, Harrison se dedicó a diseñar el H3. Incluso antes de concluirlo se percató de que no sería capaz de ganar el premio. Finalmente diseñó el H4, un reloj compacto, muy diferente a los anteriores. Fue probado en 1761 y, a pesar de que según Harrison cumplía con los requisitos, el “Board of Longitude” no le otorgó el premio, exigiendo más pruebas. El premio finalmente le fue adjudicado en 1773, a la edad de 80 años. Con una réplica de este maravilloso reloj, el Capitán Cook logró crear mapas de Australia y Nueva Zelanda. El H4 es considerado por muchos expertos como el reloj más importante de todos los tiempos, siendo el precursor de los cronógrafos marinos que hicieron la navegación marítima mucho más segura.
La contribución de John Harrison al desarrollo de relojes cada vez más precisos fue invaluable. Con réplicas del H4 fue posible reducir el error diario a menos de tres segundos; sin embargo, conservar la hora es sólo uno de los problemas a resolver, ya que de poco sirve un excelente reloj si no sabemos cómo ajustarlo. La hora se tiene que encontrar. Para hacerlo, se observa el movimiento aparente de las estrellas.
Supongamos que tenemos una estrella extremadamente lejana, justamente en el centro del campo de visión de nuestro telescopio. Si no movemos el telescopio, dicha estrella aparecerá nuevamente en el mismo sitio del ocular, después de que la Tierra haya girado 360 grados. A este intervalo se le llama día sideral. Si hacemos algo similar, pero usando al Sol como estrella, podemos definir el tiempo que tarda el Sol en aparecer dos veces consecutivas en el mismo sitio del cielo. Este intervalo se ha denominado día solar. El día solar es aproximadamente 4 minutos más largo que el sideral. Esto se debe a que el Sol se encuentra mucho más cerca de la Tierra que cualquier estrella.
Como la velocidad de traslación de la Tierra en torno al Sol es variable, la duración del día solar también lo es, pero para nuestra vida cotidiana no es práctico que, a lo largo del año, los días y las horas tengan duraciones diferentes. Por ello se definió el día solar medio. Este día se creó haciendo ciertos ajustes. Uno de ellos es considerar que la Tierra se mueve con velocidad constante alrededor del Sol, no sobre una elipse, sino sobre una circunferencia, con el Sol en su centro. De esta manera se obtienen días, horas, minutos y segundos, constantes. En general, habrá una diferencia entre la hora solar verdadera y la hora solar media. Únicamente cuatro días al año el día solar y el día solar medio tienen la misma duración.
Por otro lado, la hora depende del sitio en el cual se encuentra una persona. Desde el siglo antepasado resultó poco práctico que dos ciudades a unos cuantos cientos de kilómetros de distancia mantuvieran horas distintas. El problema se solucionó en 1883, con un acuerdo internacional. Como se mencionó anteriormente, el mundo se dividió en
24 zonas, eligiéndose como meridianos de la hora legal los meridianos 15º, 30º, 45º y así sucesivamente, hasta 180º al este y al oeste del Observatorio de Greenwich. Entre una zona y la inmediata existe una diferencia de una hora. Por convención, un reloj debe marcar la hora que prevalece en el meridiano que rige la hora en la zona en la que se encuentra. Estando dentro de la misma zona, no es necesario adelantar o atrasar el reloj.
Para la navegación, las agencias de noticias y otras áreas es práctico el uso de una hora universal. El Meridiano de Greenwich no siempre fue el meridiano de referencia en todo el mundo. Antes de finales del siglo XIX, los franceses medían la longitud geográfica a partir de un meridiano que pasaba por París y los suecos usaban un meridiano que atravesaba Estocolmo. Finalmente, en la “International Meridian Conference” celebrada en 1884, se decretó que el Meridiano Cero para todo el mundo sería el meridiano que pasaba justamente por el centro del ocular del telescopio instalado en el Observatorio de Greenwich. La hora media de Greenwich (“Greenwich Mean Time” o GMT) originalmente se refería a la hora solar media en Greenwich.
Al surgir relojes de cuarzo y atómicos, fue posible medir las variaciones de la velocidad de la rotación terrestre. A pesar de que estas fluctuaciones son sumamente pequeñas, actualmente es importante tomarlas en cuenta para el correcto funcionamiento de varios sistemas como, por ejemplo, el GPS. Para compensar la diferencia que surge debido a que la velocidad de rotación de la Tierra no es constante, dos veces al año se suma o se resta un segundo al tiempo que resulta de sincronizar más de 450 relojes atómicos instalados en centros de metrología en diferentes partes de mundo. De esta manera se obtiene el llamado tiempo universal coordinado (UTC), reconocido internacionalmente para definir la hora en cualquier parte del mundo. En México está a cargo del Centro Nacional de Metrología (CENAM) en Querétaro. Los ajustes entre el UTC y el GMT se programan para que la diferencia nunca exceda 0.9 segundos. La variabilidad de su unidad básica, el segundo, es de aproximadamente 0.03 millonésimas de segundo por año.
El papel que juegan los relojes atómicos en nuestra vida cotidiana es sumamente importante, motivo por el cual este relato concluye imaginando que estamos junto a uno de estos maravillosos instrumentos, en algún centro de metrología del mundo. Ciertamente no tienen aspecto de reloj. Su belleza radica en la tecnología y los principios físicos que los rigen.
