Como a redefinição do segundo impactará a ciência e a sociedade?

O "Ciência no Rádio" é um dos quadros do programa "Rádio Sociedade" e vai ao ar todas às quartas-feiras às 7h10min da manhã (Hora Legal de Brasília). O programa é resultado de uma parceria do Observatório Nacional (ON) com a Rádio, criada em 2015 para levar ao público informações científicas ligadas às três áreas de atuação do ON: astronomia e astrofísica, geofísica, metrologia em tempo e frequência. São mais de 300 programas ao longo desses anos! E todos estão disponíveis em nosso site Clique aqui para ouvir.

Em maio de 2021, o "Ciência no Rádio" passou a ser transmitido também por outras frequências, alcançando São Paulo, Belo Horizonte, Recife e Brasília, além do Rio de Janeiro. Além disso, passou a ser disponibilizado um contato de WhatsApp para que o ouvinte possa interagir com sugestões de temas para o programa: (21) 99710-0537.

Na próxima edição do programa, o convidado será o pesquisador do ON, Dr. Pedro Senna Rocha. Ele possui graduação em Física, mestrado em Química e doutorado em Física pela Universidade Federal Fluminense (UFF) e pós-doutorado em Física na Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ). Atualmente, atua na área de Metrologia em Tempo e Frequência na Divisão de Serviços da Hora Legal Brasileira do ON.

No programa, Pedro vai falar sobre a redefinição do segundo que está em curso. Pela primeira vez em mais de meio século os cientistas estão considerando mudar a definição de um segundo, algo que deve impactar, de alguma forma, todas as demais unidades de medida.

A redefinição do segundo

A redefinição em questão está sendo considerada pelo International Bureau of Weights and Measures (BIPM, na sigla em francês), organismo responsável pelo estabelecimento dos padrões internacionais dos sistemas de unidades de medida, inclusive para cálculo da hora UTC (Tempo Universal Coordenado).

Atualmente, o segundo é definido por relógios atômicos, com base no tempo que um isótopo de césio leva para decair. 

Toda forma de medir o tempo está relacionada a um evento físico, por exemplo, pensemos em uma ampulheta: é constante para cada ampulheta o intervalo de tempo que a areia gasta para cair de um lado para outro. 

A busca é sempre na direção de precisão e estabilidade. O evento físico ligado ao relógio atômico são as vibrações do átomo de césio: a cada 9.192.631.770 oscilações do átomo de césio-133 o relógio entende que se passou um segundo.

O segundo é uma unidade de medida que serve como referência para todas as outras unidades, incluindo de distância, peso, temperatura, pressão, entre outras.

Contudo, mudanças estão por vir. Uma nova geração de relógios, os relógios atômicos ópticos, permitirá ajustar o segundo com ainda mais precisão. Até 2030, deve haver a aprovação formal dos critérios que deverão ser atendidos para a nova definição.

Embora o césio seja preciso para medir o tempo, os relógios atômicos ópticos são capazes de fazer isso com ainda mais precisão e têm um funcionamento similar ao dos relógios de césio.

Os relógios atômicos ópticos tornarão todas as grandezas físicas que dependem do segundo ainda mais precisas.

Temos várias grandezas físicas cuja definição depende do segundo. Temos, por exemplo, o caso do metro, que é definido como sendo a distância linear percorrida pela luz no vácuo, durante um intervalo de 1/299792458 segundo.

Então, uma melhor precisão na definição do segundo trará uma melhor precisão para as grandezas físicas que dele dependem.

Além disso, esses relógios super-precisos ajudarão a medir propriedades fundamentais da Terra como as variações do campo gravitacional. Isso será útil para identificar terremotos no estágio inicial e para melhorar o modelo de geóide (modelo físico da forma da Terra), utilizado em aplicações de engenharia e geofísica.

De acordo com a Teoria da Relatividade Geral de Albert Einstein há a previsão de que o tempo passa mais devagar em um campo gravitacional mais intenso. Por exemplo, no topo de uma montanha o tempo passa mais rápido do que no nível do mar. Os relógios atômicos ópticos permitem que estas variações no tempo sejam detectadas em distâncias muito mais curtas em comparação com os relógios atuais.

Os relógios atômicos ópticos também ajudarão ainda na tarefa de detectar matéria escura e ondas gravitacionais e até mesmo na descoberta de novas interações fundamentais da natureza.

Impactos na Geração e Disseminação da Hora

Com relação à Geração e Disseminação da Hora, que é a função do ON no Brasil, os relógios atômicos vão viabilizar a construção de escalas de tempo mais estáveis e precisas do que as atuais.

Os relógios ópticos terão impacto no UTC, que atualmente é a referência a partir da qual os fusos horários no Brasil são obtidos, fornecendo uma maior estabilidade e acurácia.

Na prática, esses relógios fornecerão ainda mais precisão aos sistemas de navegação global por satélites (GNSS) e a vários outros sistemas utilizados pela sociedade como redes de energia elétrica, redes de telecomunicações e internet.

Somado a estes fatores, temos a possibilidade de novas descobertas científicas que sempre ocasionam impacto na sociedade, seja a curto ou a longo prazo.

Apesar de todos os avanços que os relógios ópticos podem proporcionar, ainda há desafios em torno dessa tecnologia.

Isso porque ainda é preciso, por exemplo, definir uma escala de tempo óptica utilizando os novos padrões ópticos; melhorar os métodos de transferência de tempo e frequência que hoje usam fibra óptica; comparar e disseminar a nova redefinição do segundo, entre outros desafios.

Não perca! Na 4ª feira, dia 31 de agosto, às 7h10min!

Programa Rádio Sociedade, quadro Ciência no Rádio, Rádio MEC AM.