LE GRANDEZZE FISICHE FONDAMENTALI

 

2. L’UNITA’ DI TEMPO

    Il concetto di tempo è quasi innato nell’uomo essendo legato a fenomeni ricorrenti molto semplici, quali ad esempio il senso periodico di fame o l’alternarsi del giorno e della notte; tuttavia la sua definizione scientifica non è intuitiva e richiede l’utilizzo di un adeguato strumento di misura.   

    Vediamo ora in cosa consiste questo strumento. Tutti sappiamo cosa è un orologio, ma come possiamo definirlo in termini scientifici? Ogni orologio in senso generale è un dispositivo naturale o artificiale basato sulla realizzazione di una successione periodica di eventi, per lo più rotazioni o oscillazioni e su un sistema di conteggio di questi eventi.

Diremo che un fenomeno è periodico tutte le volte che si ripete uguale a se stesso ciclicamente. Abbiamo in natura, in particolare in astronomia e nella fisica atomica, svariate successioni di eventi periodici e anche la tecnologia ci fornisce un gran numero di apparecchi, come strumenti a pendolo, a bilanciere o a molla, che possono essere utilizzati per misurare il tempo. Nel pendolo, ad esempio, il peso pendente in oscillazione assume successivamente tutta una serie di posizioni per ritornare infine a quella di partenza e ripercorrere quindi nuovamente tutte le posizioni nello stesso ordine in cui le aveva percorse la prima volta.  

    Pertanto avrebbe potuto essere adottato per la misura del tempo qualsiasi fenomeno periodico, ma anche in questo caso i tecnici si rivolsero alla Terra, nella convinzione che il moto di rotazione del nostro pianeta intorno al proprio asse fosse fra tutti il meno soggetto a perturbazioni. Il moto di rotazione della Terra, come si sa, determina quel lasso di tempo che viene chiamato “giorno”.

    Si definisce, per la precisione, giorno solare il tempo che intercorre fra due passaggi consecutivi del Sole dal punto di culminazione, cioè dal punto dove il sole giunge alla massima altezza nel cielo. Non avendo però, questo lasso di tempo, sempre la stessa durata nel corso dell’anno si rimediò scegliendo come campione il giorno solare medio definito come la media di tutti i giorni solari in un anno. Da questo si è ricavata l’unità di misura dell’intervallo di tempo, cioè il secondo, definito come la 86.400ª parte del giorno solare medio (24 ore X 60 minuti X 60 secondi = 86.400 secondi). Il tempo così definito è stato chiamato Tempo Universale (T.U.).

    Nonostante il successo generale del sistema adottato, la determinazione dell’unità di misura del tempo risultò inadeguata per lavori di alta precisione perché la Terra in realtà non gira su sé stessa in modo regolare e uniforme. Il moto di rotazione della Terra ha nel tempo una durata lievemente variabile e imprevedibile a causa delle maree, dei venti, dei terremoti e di altri fenomeni anche esterni al pianeta: per tutta questa serie di motivi il campione adottato risultava alquanto impreciso.

     Nel 1967, per migliorare la precisione delle misurazioni del tempo, si decise di adottare un nuovo secondo campione basato sulle caratteristiche vibrazioni di frequenza rigorosamente costante di tutti gli atomi. La scelta alla fine cadde però su di un atomo particolare, quello del cesio (per la precisione sull’isotopo 133 del cesio, il 133Cs) il quale, opportunamente eccitato, compie particolari oscillazioni, ciascuna delle quali ha sempre una durata rigorosamente costante. Oggi pertanto il secondo è definito come il tempo che occorre perché si realizzino 9.192.631.770 periodi di oscillazioni dell’atomo di Cesio 133. Con questa definizione di unità di misura temporale si possono confrontare intervalli di tempo con una precisione di una parte su 1012 corrispondente a 1 secondo su 30.000 anni. In questi ultimi anni, con tecniche analoghe, si sono potuti costruire orologi che sgarrano di solo un secondo ogni 30 milioni di anni.

(Pagina presa dal sito Web "Cose di Scienza" http://www.cosediscienza.it/ curato dal Prof. Antonio Vecchia)

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