¿Cómo Sabe un Reloj de Cuarzo Cuándo es un Segundo?

En ocasiones, las maravillas modernas son tan abrumadoras que las usamos sin comprender los principios que permiten su funcionamiento. Arthur C. Clarke, autor de 2001: Una odisea espacial, solía decir que toda tecnología lo suficientemente avanzada es indistinguible de la magia.

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La manera en que usamos los artilugios el siglo XXI le dan toda la razón. Cualquiera sabe operar un teléfono inteligente; pocos recuerdan que en su interior hay millones de transistores, casi tan pequeños como átomos, que solo pueden permitir o impedir el paso de una corriente eléctrica. Esta corriente tiene un único propósito: hacer operaciones matemáticas que pueden traducirse en mensajes, llamadas de voz y videos de gatitos.

Acaso el invento extraordinario que con mayor frecuencia ignoramos los humanos del siglo XXI sea el reloj de pulsera. Su sencillez es tan abrumadora que suponemos que las generaciones anteriores podían conocer la hora con la misma facilidad que nosotros.

Sin embargo, por muchos siglos, conocer la hora precisa era una cuestión de vital importancia, no solo para el trajín diario sino para la economía, para el comercio, para la guerra y para la política. En el mundo previo a los relojes, únicamente los más poderosos podían conocer la hora exacta.

¿Y qué hacíamos antes de los relojes?

Todos los relojes tienen una cosa en común: cuentan oscilaciones. La ida y venida de un péndulo, el muelle que se desenrosca, los granos que pasan de un bulbo al otro en el reloj de arena: cada reloj se limita a enumerar ciclos.

Según explica Antonio Sarmiento en El fantasma cuyo andar deja huella (FCE, 1991), por milenios los humanos se conformaron con el ciclo marcado por el día y la noche. Posteriormente emplearon una vara incrustada en el suelo para seguir la sombra que dibujaba el sol.

Por las noches podía emplearse una clepsidra, un receptáculo lleno de agua que liberaba gotas por un agujero inferior; al vaciarse, aparecían las marcas de las horas subsecuentes.

Galileo Galilei fue pionero en teorizar que un péndulo podía emplearse para medir la hora, pero fue el neerlandés Christian Huygens quien construyó el primer reloj de péndulo en 1656. El artefacto que desarrolló solo perdía un segundo cada 24 horas.

No obstante, aún estaba por llegar un cambio decisivo. En el siglo XIX varias naciones europeas luchaban por el dominio de los mares. Para todos ellos, conocer la hora exacta en cualquier momento era cuestión de vida o muerte.

Cuando conoces la hora exacta y sabes leer el cielo, puedes calcular tu posición en el globo terráqueo. El problema es que era en extremo difícil tener un reloj confiable que funcionara en altamar. Los péndulos, como explica Antonio Sarmiento, se marean fácilmente.

En 1713, el gobierno británico ofreció 20 mil libras, una cifra exorbitante para cualquier relojero que desarrollara un artefacto capaz de sobrevivir al bamboleo de los océanos. El ganador fue John Harrison, quien dedicó cuarenta años a la creación de un reloj tan preciso que solo se retrasó un minuto tras un viaje de varios meses al Caribe.

La máquina más avanzada de la historia, en tu muñeca

En 1929 el estadounidense Warren Marrison creó un reloj con un motor inaudito: un diapasón de cuarzo. Cualquiera ha visto un diapasón para afinar instrumentos musicales. Estas barras de hierro o aluminio vibran a una frecuencia de 440 Hz; es decir, vibran 440 veces por segundo. Esta es la frecuencia que identificamos con la nota La.

¿Pero qué pasa cuando creamos un diapasón mucho más pequeño? Marrison empleó un diapasón minúsculo capaz de vibrar miles de veces por segundo. Un músico golpea el diapasón de metal para que este vibre; y este fue el mismo principio que empleó Marrison en su reloj.

Cuando se aplica una descarga eléctrica, los minerales responden contorsionándose. A su vez, si un mineral es contorsionado, creará una pequeña descarga eléctrica. Este fenómeno se conoce como efecto piezoeléctrico y es la llave detrás de los relojes de nuestras computadoras y nuestras muñecas.

Desde entonces, se eligió como material ideal el cuarzo. La razón es muy sencilla: el cuarzo es un mineral compuesto por los dos elementos más abundantes de la corteza terrestre: el oxígeno y el silicio.

Cuando se juntan dos átomos de oxígeno y uno de silicio se forma sílice (SO2). Esta molécula, al agruparse de forma ordenada, forma el cristal llamado cuarzo.

¿Cómo sabe el reloj cuándo es un segundo?

Dentro de todo reloj de pulsera que opera con cuarzo hay un diapasón microscópico que recibe una pequeña descarga eléctrica. La energía de la corriente hace que el diapasón vibre 32768 veces por segundo; es decir a 32768 Hz.

Hay una razón específica para que vibre esta cantidad de veces: si vibrara en una frecuencia más baja, podríamos escuchar el agudo silbido del reloj. De hecho, las primeras versiones comerciales del reloj de cuarzo operaban con frecuencias que sí eran distinguibles (y molestas) para el oído humano.

Cada segundo, la corriente generada a su vez por esas 32768 vibraciones pasan a un microchip cuya única función es dividir. Verán: 32768 es un múltiplos de 2. Dentro del chip este número se divide en catorce ocasiones (16384, 8192 y así subsecuentemente) hasta llegar a 1. Así es como el reloj sabe cuándo es un segundo y pasa la información a la pantalla de cristal líquido.

¿Cómo funciona el reloj atómico?

Un reloj de cuarzo hoy en día cuesta un promedio de 400 pesos mexicanos, 20 dólares. Los ingleses del siglo XVIII habrían pagado muchos millones por una tecnología tan precisa que sólo se atrasa un minuto en un año.

Sin embargo, hay tecnologías aún más precisas de las cuales depende en buena medida el curso correcto del mundo moderno. El estándar actual es el reloj atómico de cesio, que, como todos los relojes anteriores, no hace más que contar oscilaciones. La diferencia estriba en que un átomo de cesio vibra 9 millones de veces por segundo.

En Historias del tiempo (FCE, 1985), Jacques Attali afirma que el reloj fue la primera máquina de la era industrial. Su llegada cambió de raíz la forma en que las personas se relacionaban con el trabajo, con la familia y con el resto de la sociedad. De pronto, quedó claro que las personas con poder se distinguían por ser capaces “de controlar el tiempo de los otros y el suyo propio”.

Pero el reloj que llevamos en la muñeca también puede ser un símbolo de emancipación. Las personas libres saben cuánto vale su tiempo, a veces son dueñas de él, en ocasiones no tienen más remedio que matarlo, algunas lo emplean, otras lo pierden. Lo que nunca conseguirán es que vuelva. Esas 32 mil vibraciones que ahora ocurren en nuestra muñeca no habrán de repetirse.

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