Introducció

El temps és quelcom abstracte, és una magnitud física que mesura la durada entre dos esdeveniments. Per tant, el temps és un objecte que es va formant en un moment determinat, i que es va conformant en un moment determinat.

Al llarg de la història, la humanitat s'ha plantejat contínuament quan es tardava fins que es tornés a repetir un determinat esdeveniment. Per tant, s'ha preocupat de tenir la manera de mesurar, de quantificar, el temps. Des dels rellotges de sol, rellotges mecànics de sorra, rellotges mecànics d’engranatges, ···, fins als rellotges actuals.

Com a recurs el temps no es pot comprar, no es pot llogar, no es pot acumular, no es pot descanviar i tampoc es pot deixar de consumir. Ens cal per tot però no en podem tenir ni menys ni menys del que ens pertoca a viure. El temps és or.

El temps es mesura avui en dia amb força precisió des de valor molt petits, microsegons, fins a valors molt grans, milions d’anys.

Ens podem fer moltes preguntes respecte el temps. Com s’ha mesurat el temps al llarg de la història de la humanitat? El temps és finit a escala humana però és infinit en sí mateix? L’univers en què vivim ha existit sempre i seguirà existint per sempre més? El temps és lineal? El temps és constant? El temps és cíclic?

Què és el temps?

Bàsicament, es concep el temps com una magnitud física que mesura la durada o separació entre dos esdeveniments. Un procés continu on es succeeixen fets que venen del passat , passen pel present i van cap al futur.

Tanmateix, és molt difícil la seva definició científica sense utilitzar el concepte de temps en la seva definició. Per exemple, en el paràgraf anterior es diu: una magnitud física que mesura la durada o separació entre dos esdeveniments. Però, què significa durada? Com podem definir-ho sense utilitzar el concepte de temps? El mateix succeeix amb passat, present, futur, etc.

Les cultures antigues, com els egipcis, els babilonis, els grecs, l'hinduisme, el budisme, i altres, contemplen la «roda de temps», que considera el temps com cíclic o circular, produint-se una repetició continua d'edats, esdeveniments i essers.

Les figures ens mostren un calendari egipci i un calendari maia, representats de forma circular.

El temps segons Aristòtil

Segons Aristòtil (Estagira, Grècia, 384 aC - Eubea, Grècia, 322 aC), el temps és una magnitud que es defineix com el nombre de canvis o moviments que ocorren en l'Univers. Una mesura abstracta i objectiva que permet ordenar els successos i les accions en una seqüència cronològica. Per Aristòtil, el temps no existeix independentment dels esdeveniments i no és una entitat física separada, sinó que es manifesta a través dels canvis en el món físic.

Aristòtil afirmava que el temps té tres característiques fonamentals:

• És continu. El temps flueix de manera ininterrompuda, sense interrupcions o buits. No pot existir un moment de temps buit o sense cap esdeveniment.
• És irreversible. El temps només pot avançar en una direcció, cap al futur. No es pot retrocedir en el temps o tornar enrere en els esdeveniments.
• És relatiu. El temps no té una existència independent dels objectes i els esdeveniments. La seva percepció i mesura estan vinculades als canvis i moviments observats en l'univers físic.

El temps segons la teoria de la relativitat d’Albert Einstein

En el marc de la teoria de la relativitat d'Albert Einstein, el temps està íntimament lligat a l'espai i és percebut de manera diferent segons el moviment i la gravitació. El temps és una dimensió fonamental de l'espai-temps, que és una entitat en la qual els esdeveniments ocorren i es relacionen entre si.

Alguns dels aspectes clau sobre la concepció del temps serien:

• La relativitat del temps. La teoria de la relativitat especial ^[1] sosté que el temps no és absolut i que pot ser experimentat de manera diferent per observadors en moviment relatiu. Els efectes com la dilatació temporal, en què el temps es desaccelera per a un objecte en moviment respecte a un observador estacionari, són fenòmens fonamentals d'aquesta teoria.
• La paradoxa dels bessons. Un exemple ^[2] de la relativitat del temps és la paradoxa dels bessons. Imaginem dos bessons, un que viatja a velocitat elevada a l'espai exterior i l'altre que roman a la Terra. Quan el bessó que viatja torna a la Terra, trobarà que ha envellit menys que el seu bessó que ha romàs aquí. Això és a causa de la dilatació temporal experimentada pel bessó en moviment.
• L’espai-temps. La teoria de la relativitat general ^[3] postula que l'espai i el temps estan intrínsecament interconnectats en una entitat anomenada espai-temps de quatre dimensions. Això implica que el temps no és independent de l'espai, sinó que forma part d'un continu espai-temporal en el què es desenvolupen els esdeveniments.
• Singularitats i temps en la relativitat general. En la teoria de la relativitat general d'Einstein, la gravitació es descriu com la curvatura de l'espai-temps causada per la presència de massa i energia. En les regions d'extrema densitat, com els forats negres, es poden produir singularitats on el temps i l'espai són molt deformats i no es comporten segons les lleis habituals de la física.

El temps segons la física quàntica

En la física quàntica actual, el temps s'aborda de manera diferent en comparació amb les teories clàssiques de la física. Les teories quàntiques introdueixen noves perspectives sobre la naturalesa del temps i la seva relació amb altres fenòmens quàntics. A continuació, s'enumeren algunes de les interpretacions i conceptes del temps en la física quàntica:

• Teoria quàntica d'estructura temporal. Es sosté que el temps no és una magnitud fonamental, sinó que sorgeix com a conseqüència de l'estructura subjacent dels fenòmens quàntics. Segons aquesta perspectiva, el temps és una propietat emergent que es deriva de la interacció entre els sistemes quàntics i les mesures realitzades sobre ells.
• Superposició temporal. Dins del marc de l'equació de Schrödinger de la mecànica quàntica, els sistemes quàntics poden existir en superposicions d'estats, on diferents resultats coexistien simultàniament. Això implica que el temps pot no tenir una direcció definida en aquests estats de superposició temporal, i només es determina quan es realitza una observació o una mesura.
• Decoherència i col·lapse del temps. La decoherència és el procés pel qual un sistema quàntic interacciona amb l'entorn i perd la seva coherència quàntica. Això dona lloc a la "selecció" d'un estat específic i al col·lapse aparent dels altres possibles. Així, el temps sembla transcórrer de manera irreversible a mesura que la decoherència s'estén a través del sistema i s'estableixen correlacions amb l'entorn.
• Temps imaginari. En diverses formulacions matemàtiques de la física quàntica, com ara la teoria quàntica de camps, s'utilitzen nombres complexos, incloent el temps imaginari (representat per la unitat imaginària "i" multiplicada per un nombre real). Aquesta incorporació del temps imaginari permet tractar problemes matemàtics de manera més convenient i descriure fenòmens quàntics d'una manera coherent.

Carlo Rovelli és un físic teòric contemporani conegut per les seves contribucions a la teoria de la gravitació quàntica de llaços i per la seva exploració de les implicacions filosòfiques de la física quàntica. Segons Rovelli, el temps és un concepte emergent que es deriva de la interacció entre els sistemes físics i els processos quàntics que s'hi produeixen. La seva perspectiva sobre el temps pot resumir-se en els següents punts:

La relacionalitat del temps. Rovelli sosté que el temps és inherentment relacional i no té una existència independent. El temps només té sentit en relació amb els sistemes físics i les seves interaccions. Aquesta idea està influïda per la seva consideració de la teoria de la relativitat general, on l'espai i el temps estan intrínsecament relacionats.

• Absència de temps absolut. Segons Rovelli, no existeix un temps absolut o universal que s'apliqui a tot l'univers. El temps és relatiu i es manifesta de manera diferent en funció del context físic i les condicions observades. Diferents observadors poden tenir perspectives temporals diferents i experimentar el temps de manera variada.
• Nocions quàntiques de temps. Rovelli explora com les idees de la física quàntica influeixen en la nostra comprensió del temps. La quantització, la superposició i la decoherència tenen efectes en la descripció del temps i el seu comportament. Els processos quàntics, com la superposició d'estats i la mesura, són fonamentals per a la comprensió de la dinàmica temporal.
• Gravitació quàntica de llaços. Rovelli és un dels autors principals en el desenvolupament de la gravetat quàntica de llaços, una teoria que intenta reconciliar la gravetat de la relativitat general amb els principis de la física quàntica. En aquesta teoria, es proposa una estructura de l'espai-temps discret, on el temps emergeix com una propietat derivada d'interaccions quàntiques entre els bucles d'espai.

En resum, Rovelli veu el temps com un concepte relacional i emergent que es deriva de la interacció quàntica dels sistemes físics. La seva perspectiva s'endinsa en les implicacions filosòfiques i teòriques de la física quàntica i busca una comprensió més profunda de la naturalesa del temps en el marc de les teories físiques actuals.

"La novetat que ens aporta avui en dia la gravitació quàntica és la idea de que l’espai no existeix. Tan sols existeix el camp gravitatori (···) format de núvols de probabilitat de grans units en xarxa. Combinant aquesta idea amb la relativitat especial, s’arriba a la conclusió de que la no existència de l’espai implica també la no existència del temps, donat que espai i temps són íntimament vinculats (···).

El temps no existeix. S’haurà d’aprendre a pensar el Món en termes no temporals, encara que intuïtivament resulti difícil".

(Carlo Rovelli, I si el temps no existís?)

La mesura del temps. Els calendaris.

El paleolític

Inicialment, es mesurava el pas del temps segons observacions astronòmiques i els cicles naturals.

S’observaven els canvis celestes. La posició del Sol, la Lluna, els estels i els planetes proporcionaven una referència per a mesurar els dies, les estacions i els anys. Les persones observaven els moviments del Sol durant el dia i les seves posicions respecte a les constel·lacions durant les diferents estacions de l'any.

Es tenien també molt en compte els cicles naturals com les fases de la Lluna (mesos lunars) i els canvis estacionals. Importants i molt útils indicadors d’activitats com la caça i la recol·lecció de fruits, que es podien planificar més eficientment.

El neolític

Durant el període neolític (10.000 aC - 2.000 aC) es desenvolupen mètodes més avançats per mesurar el temps. S’utilitzen monuments megalítics, com ara els menhirs, dòlmens i cercles de pedres. Monuments amb una estreta relació amb els cicles astronòmics que proporcionaven punts de referència per a observar i registrar el pas del temps. Sovint estaven alineats amb fenòmens astronòmics com la sortida i posta del Sol, els solsticis i els equinoccis.

Aquests monuments megalítics podien servir també com a calendari. L’alineació del Sol o la Lluna amb determinades estructures o forats determinaven els solsticis d'estiu i d'hivern, així com els equinoccis de primavera i tardor. El que els permetia conèixer amb més precisió els canvis estacionals i ajustar les seves activitats agrícoles en conseqüència.

També s’utilitzaven marcadors de temps com ara bastons tallats, ossos o pedres amb gravats. Aquests objectes podrien haver estat utilitzats per comptar els dies, les llunes o fins i tot per enregistrar esdeveniments significatius.

Els calendaris

Els calendaris han estat desenvolupats i utilitzats per les civilitzacions humanes durant milers d'anys. Vegem-ne els diferents tipus que han existit:

• Calendaris Lunars. Comuns en les societats antigues. Els calendaris lunars no coincideixen exactament amb l'any solar, el que provoca que les estacions es desplacin amb el temps. En aquest tipus de calendari, el mes sencer correspon aproximadament a una volta completa de la Lluna al voltant de la Terra, que és d'uns 29,5 dies. Això significa que un any lunar està compost per uns 354-355 dies.
• Hi ha diverses civilitzacions que han utilitzat el calendari lunar com a sistema de mesurament del temps, entre elles:
• Mesopotàmiques. Els antics sumeris, babilonis i altres civilitzacions de Mesopotàmia utilitzaven un calendari lunar per organitzar les seves activitats agrícoles i religioses. A la imatge veiem el Gran Zigurat de la ciutat d’Ur.

• Egípcia. Els antics egipcis també utilitzaven un calendari lunar. El seu calendari tenia 12 mesos de 30 dies, amb cinc dies afegits al final de l'any per ajustar-se al calendari solar.
• Islàmiques. El calendari islàmic és un calendari lunar que és amplament utilitzat per als propòsits religiosos pels musulmans. L'any islàmic consta de 12 mesos lunars, que sumen aproximadament 354 o 355 dies. Així, per exemple, el ramadà s’avança entre 10 i 11 dies cada any respecte el calendari gregorià
• Respecte al calendari solar, hi ha una diferència entre el calendari lunar i el calendari solar, ja que un any solar complet, basat en el moviment de la Terra al voltant del Sol, té aproximadament 365,25 dies. Això significa que els anys lunars s'endarrereixen respecte als anys solars. Per compensar aquest desfasament, en algunes civilitzacions s'han utilitzat ajustos com l'afegit de mesos intercalats o l'ajustament de festivals i celebracions per mantenir el calendari lunar en sincronia amb les estacions de l'any.
• Calendaris Solars. Amb el temps, les civilitzacions van adonar-se de la importància de l'any solar per marcar les estacions. Els calendaris solars es basen en el moviment aparent del Sol i solien tenir 365 dies. Un dels calendaris solars més famosos és el calendari julià, introduït per l'emperador romà Juli Cèsar el 45 aC. No obstant això, aquest calendari encara tenia petites diferències amb l'any solar real.

• Calendaris luni-solars. Per combinar els cicles de la Lluna i l'any solar, moltes civilitzacions van desenvolupar calendaris luni-solars. Aquests calendaris utilitzaven mesos lunars i intercalaven períodes addicionals o ajustos per sincronitzar el calendari amb l'any solar.
• Un exemple conegut és el calendari hebreu, que té 12 o 13 mesos i intercala un mes addicional en alguns anys, algunes de les seves característiques són:
• Té 12 mesos, alternant entre 29 i 30 dies. Els noms dels mesos en hebreu són: Tishrei, Cheshvan, Kislev, Tevet, Shevat, Adar, Adar II (en anys de traspàs), Nisan, Iyar, Sivan, Tamuz, Av i Elul.
• Té un sistema especial per gestionar els anys de traspàs, anomenats "shana meuberet" en hebreu, s'intercalen set vegades en un cicle de 19 anys. En aquests anys, s'afegeix un mes addicional anomenat Adar II després del mes de Shevat.
• L'inici de l'any hebreu varia en funció de diferents tradicions. Tradicionalment, l'any nou jueu, conegut com a Rosh Hashanà, es celebra al setè mes del calendari hebreu, Tishrei. Això generalment cau entre els mesos de setembre i octubre del calendari gregorià. No obstant això, en algunes tradicions, l'any nou pot començar al mes de Nisan, que és el primer mes del calendari hebreu i sol coincidir amb la Pasqua jueva.
• Per mantenir el calendari hebreu en sincronia amb les estacions, s'han realitzat diversos ajustaments. Un d'aquests ajustaments és la intercalació dels anys de traspàs. A més, hi ha regles específiques per a la determinació dels anys de traspàs, basades en càlculs astronòmics i decisions rabíniques.
• El calendari hebreu també utilitza el calendari gregorià en diversos àmbits de la vida quotidiana, com ara les activitats civils i comercials, tot i que per a les festivitats i observances religioses segueix utilitzant el seu propi calendari.
• Calendari gregorià. A finals del segle XVI (1582), el Papa Gregori XIII va introduir el calendari gregorià per corregir els problemes del calendari julià. El calendari gregorià encara és amplament utilitzat avui en dia, com a calendari estàndard de la majoria dels països del Món.
• El calendari julià establia que cada quatre anys hi havia un any de traspàs de 366 dies. El que provoca una desviació respecte a l'any solar real. El calendari gregorià continua la mateixa norma de que els anys divisibles per quatre són anys de traspàs, però establint l’excepció dels anys múltiples de 100. Aquests anys únicament són de traspàs si també són múltiples de 400. Aquest ajustament redueix la desviació en el cicle de 400 anys i fa que el calendari gregorià sigui més precís que el calendari julià. El calendari julià es desviava aproximadament 11’ 14’’ anuals respecte l’any solar real, en canvi, el calendari gregorià, es desvia únicament 26’’ anuals. El calendari Gregorià estableix l’any en 365 dies, 5 hores, 48 minuts i 45,10 segons
• En el moment en què es va produir el canvi de calendari, el 4 d'octubre de 1582 va passar a ser el 15 d'octubre de 1582.
• La nova mesura del temps va ser adoptada immediatament pels països catòlics. Altres països (protestants) com Àustria, Suïssa, Polònia, Hongria, Prússia, Alemanya i Suècia l’adoptaren més tard, Gran Bretanya l’any 1752, el Japó el 1873, Rússia, Romania i Grècia a principis del segle passat i la República Popular Xina l’any 1949.

• Altres calendaris. Hi ha hagut altres calendaris desenvolupats per altres civilitzacions al llarg de la història. Per exemple, l'antiga civilització egípcia tenia un calendari basat en el Nil, amb 12 mesos de 30 dies i cinc dies addicionals al final de l'any. La civilització maia tenia un calendari complex basat en múltiples cicles que combinen els moviments del Sol, la Lluna i altres cossos celestials.
• Altre calendari curiós és el calendari budista xinès. Cada any és representat per un animal diferent. L’any 2022, any del tigre, va començar per ells l'1 de febrer del 2022 i va acabar el 21 de gener del 2023.
• També podríem considerar aquí el nostre horòscop basat en el zodíac.

La subdivisió del temps

Les primeres subdivisions del temps es basaren en els moviments dels astres: el dia segons la rotació de la Terra respecte al seu eix, el mes segons la trajectòria de la Lluna i l’any segons la revolució de la Terra al voltant del Sol.

Van ser els babilonis els primers en agrupar els dies en grups de set, que posteriorment, els grecs nomenaren ἑβδομάς (hebdomás) i els romans septimana. A cada dia se li va donar un nom que depenia d'astres i dels déus, de manera que el dilluns és el dia de la Lluna, dimarts és el dia de Mart, dimecres és el dia de Mercuri, dijous és el dia de Júpiter, divendres de Venus, dissabte de Saturn, i diumenge era el dia del Sol, encara els anglesos en diuen sunday. Nosaltres en diem diumenge, per derivació del llatí, de dominus, és a dir, del dia del Senyor.

Per conveni, es divideix l’any en 12 mesos (quatre de 30 dies, set de 31 dies i un de 28 dies) amb un total de 365 dies. Cada dia té 24 hores, cada hora 60 minuts i cada minut 60 segons. Les unitats de temps més petites utilitzen ja el sistema decimal.

El problema va venir de que el dia no té 24 hores exactes, sinó 23 hores, 56 minuts i 4 segons. El mes lunar tampoc té 30 dies exactes, sinó 29 dies, 12 hores i 44 minuts. L’any no té tampoc exactament 365 dies.

Actualment la definició del segon ja no és en funció dels astres sinó de la radiació de transició entre dos nivells de l'estructura hiperfina d'un isòtop de l'element Cesi-133:

“La durada de 9.192.631.770 de períodes de la radiació corresponent a la transició entre els dos nivells hiperfins de l'estat fonamental de l'àtom de cesi-133, referida a un àtom de cesi en repòs a una temperatura de 0 °K”.

Aparells per mesurar el temps

Babilònia i Antic Egipte

Fa més de quatre mil anys els egipcis ja mesuraven el temps ^[4] segons la longitud de l’ombra d’una vara sobre una tija llarga dividida en sis parts, una mena de rellotge solar que dividia el dia en deu parts més dues hores de crepuscle al matí i a la tarda.

Els obeliscs indicaven a més els solsticis i els equinoccis i altres unitats de temps (matí, tarda,...).

Utilitzaven, a més, clepsidres (com la clepsidra ptolemaica de la figura), utilitzades pels sacerdots com a rellotges d’aigua ^[5] que els permetien la mesura del temps per la nit o quan no hi havia Sol segons les seves marques de buidat. Possiblement, utilitzaven també clepsidres de sorra per la mesura del temps.

Disposaven també del merjet ^[6], una plomada o pes penjant d'una corda o fil. Dos merjets s’alineaven amb l'Estel Polar, segons un meridià de referència. Quan altres estels creuaven la línia imaginària amb els merjets alineats, calculaven amb precisió l'hora durant la nit.

Utilitzaven el calendari nilòtic, a partir de l’observació de les crescudes anuals del Nil. L’any ^[7] es definia, segons aquest calendari, com el temps entre collites i dividit en tres temporades d’acord amb les inundacions del Nil: ajet (“inundació”), peret (“emergència de la terra”) i shemu (“calor”). Cada temporada amb quatre mesos de trenta dies de vint-i-quatre hores cadascun. Cada mes dividit en tres dècades. Al finalitzar l’any, entre l’últim dia del shemu i el primer dia de l’ajet s’afegien cinc dies per a completar els 365 dies de l’any.

El rellotge de sorra

El rellotge de sorra mesura el temps mitjançant el pas de la sorra d'un recipient a un altre. Es creu que van ser inventats pels antics egipcis o babilonis, i que es van popularitzar a Europa durant l'edat mitjana.

Tenen l'avantatge de ser fàcils de fabricar i de transportar, però també tenen inconvenients com la seva imprecisió i la seva dependència de la gravetat.

Han tingut diversos usos al llarg de la història, com a instruments de navegació, de cuina, de meditació o de decoració. Avui en dia són considerats objectes curiosos i simbòlics, que ens recorden la fugacitat i el valor del temps.

El rellotge mecànic

El rellotge mecànic és un dispositiu que mesura el temps mitjançant un mecanisme format per engranatges, molles i altres peces. Va ser inventat a Europa a finals del segle XIII, sent el principal instrument per a la cronometria fins al segle XX, quan va ser substituït per rellotges electrònics més precisos i fiables.

Les seves parts principals són: el motor, que proporciona l'energia per al moviment del rellotge; l'escapament, que regula la velocitat del motor i produeix el so característic del rellotge; el pèndol o el balanç, que oscil·la a una freqüència constant i determina la unitat de temps; i la quadratura, que mostra el temps en hores, minuts i segons.

És una obra mestra de l'enginyeria i de l'art, que reflecteix la història i la cultura de les diferents èpoques i regions on es va desenvolupar.

El rellotge elèctric

El rellotge elèctric utilitza l'electricitat per mesurar i indicar el temps. El primer rellotge elèctric va ser inventat per Alexander Bain el 1840, utilitzant una bateria i un electroimant per fer oscil·lar un pèndol. Més tard, es van desenvolupar altres sistemes com els rellotges síncrons, els rellotges de quars i els rellotges atòmics, que van augmentar la precisió i la fiabilitat dels rellotges elèctrics.

Poden tenir diferents formats i estils, des dels rellotges de paret o de taula fins als rellotges de polsera o els integrats en altres aparells electrònics. Són molt útils per a sincronitzar diferents activitats i serveis que depenen del temps, com les comunicacions, els transports o la navegació.

El rellotge electrònic o de quars

Un rellotge electrònic és un dispositiu que mesura i indica el temps mitjançant un senyal electrònic generat per un oscil·lador. Oscil·lador sovint basat en un cristall de quars, que té la propietat de vibrar a una freqüència molt estable quan se li aplica una tensió elèctrica. El senyal de l'oscil·lador es divideix per un circuit electrònic fins a obtenir una freqüència de 1 Hz, que correspon a un segon. La senyal alimenta un comptador digital que mostra les hores, els minuts i els segons en una pantalla de cristall líquid o LED.

Els rellotges electrònics tenen l'avantatge de ser molt precisos i barats de fabricar, però també tenen alguns inconvenients com la dependència d'una font d'energia externa i la sensibilitat a les interferències electromagnètiques.

El rellotge atòmic

El rellotge atòmic és un dispositiu que mesura el temps amb una precisió extraordinària, basant-se en les oscil·lacions d'un àtom o una molècula. Es basa en que cada àtom té unes freqüències de radiació característiques, que depenen del seu nombre atòmic i del seu estat energètic. Quan un àtom absorbeix o emet un fotó d'una d'aquestes freqüències, el seu estat energètic canvia i es produeix una transició atòmica. Aquestes transicions són molt estables i regulars, i per tant poden servir com a referència per a mesurar el temps. Un rellotge atòmic consisteix en una font d'àtoms o molècules, un sistema per a excitar-los i detectar les seves transicions, i un comptador electrònic que registra el nombre d'oscil·lacions per unitat de temps.

Els més precisos utilitzen la freqüència de les oscil·lacions dels àtoms de cesi per definir el segon.

Un feix de vapor de cesi és bombardejat amb ones de ràdio que tenen una freqüència determinada. Quan aquesta freqüència coincideix amb la freqüència natural dels àtoms de cesi, aquests canvien el seu estat energètic i absorbeixen o emeten fotons.

Un detector compta el nombre de fotons que arriben i ajusta la freqüència de les ones de ràdio per maximitzar la transició atòmica, freqüència que es pren com a referència per definir el segon amb una precisió de l'ordre de 10-16, és a dir ±1 segon cada 300 milions d'anys.

L’edat de la Terra segons el Gènesis

Al Gènesis, el text bíblic que descriu la creació segons la tradició judeocristiana, no s'especifica explícitament l'edat de la Terra. No hi ha cap càlcul numèric o referència temporal clara en relació amb la creació de la Terra. En el llibre del Gènesis, es proporcionen les fases de la creació, que són descrites en termes de dies i es divideixen en set períodes. Però aquests "dies" no s'interpreten necessàriament com a períodes de 24 hores, sinó que poden ser considerats com a representacions poètiques o simbòliques de la creació.

Tanmateix, James Ussher, Arquebisbe anglicà del Comtat d'Armagh (actual Irlanda del Nord) va establir, durant el segle XVII, la Cronologia Ussher ^[8]. En ella formula la història del món segons la seva interpretació de la Bíblia. Ussher va deduir que el primer dia de la creació va començar el vespre anterior al diumenge del 23 d'octubre l'any 4004 aC del calendari Julià, a prop de l'equinocci de tardor ^[9]. La data era, sens dubte, influïda per la creença de l’època de que la vida potencial de la Terra era de 6000 anys (4000 abans del naixement de Crist i 2000 després), corresponent als sis dies de la creació, sobre les bases que "amb El Senyor un dia és com mil anys, i mil anys com un dia". (2 Pere, 3,8).

L’edat de la Terra segons la ciència. La geocronologia

La geocronologia és la branca de la geologia que s'ocupa de determinar l'edat relativa i absoluta dels esdeveniments geològics, com ara la formació de roques, els moviments tectònics, els canvis en els nivells del mar i les extincions massives, entre d'altres. L'objectiu principal de la geocronologia és establir una escala temporal precisa per aquests esdeveniments i processos geològics.

Hi ha diferents mètodes utilitzats en la geocronologia per determinar l'edat dels materials geològics:

• Edat relativa. S’utilitzen principis com la superposició de capes de roques, la successió faunística i la datació de fòssils. Aquests mètodes indiquen l'ordre relatiu en què es van produir els esdeveniments geològics, però no proporcionen una edat numèrica exacta.
• Edat absoluta. S'utilitzen tècniques de datació radiomètrica, com ara la datació amb radiocarboni, la datació amb urani-plom i la datació amb potassi-argó, entre d'altres. Aquestes tècniques exploren la desintegració radioactiva dels isòtops presents en les roques i altres materials geològics per determinar l'edat numèrica.

La datació urani-plom

Aquest mètode es basa en la desintegració radioactiva de l'urani cap a l'isòtop del plom al llarg del temps. L'urani és un element radioactiu que té diversos isòtops, però l'urani-238 (U-238) i l'urani-235 (U-235) són els més utilitzats.

Amb el temps, l'urani-238 es desintegra en una sèrie de productes de desintegració, incloent l'isòtop del plom-206 (Pb-206). De manera similar, l'urani-235 es desintegra en plom-207 (Pb-207). Mesurant les proporcions d'urani i plom en una mostra, és possible determinar l'edat de la roca o mineral utilitzant l'equació de decaïment radioactiu.

Per exemple ^[10]:

La vida mitjana pel procés U-238 →PB-206 és de 4.5 · 10⁹ anys. Una mostra de mineral conté 50 mg de U-238 i 14 mg de Pb-206. Quina és l’antiguitat del mineral?

La constant de desintegració del U-238 és: k = ln⁡(2)/4.5·10⁹ = 1.54·10^-10 anys^-1

Aleshores, calcularem l’antiguitat t de la roca a partir de t = (ln⁡(N_f)-ln⁡(N_i))/-k on,

N_f = quantitat actual de l'isòtop d'Urani en la roca = 50

N_i = quantitat inicial de l'isòtop d'Urani en la roca = 50 + x,

on x representa la quantitat d’urani inicial que s’ha transformat en plom.

Calculem x = 14·(238/206) ≈ 16.175 → N_i = 50 + 16.175 = 66.175

Aleshores, t = (ln⁡(N_f) - ln⁡(N_i))/-k = ((ln⁡(50)-ln⁡(66.175))/(-1.54·10^-10) = 1.82·10⁹ anys

La datació amb urani-plom és especialment útil per a roques i materials molt antics, ja que l'urani té una vida mitjana llarga. Aquest mètode s'aplica en diverses àrees de la geologia, com ara l'estudi de la formació de roques ígnies, els cristalls de zirconi i altres minerals que poden contenir urani i plom.

La imatge següent mostra la sèrie de desintegració radioactiva de l’urani fins al plom. Les fletxes vermelles indiquen la desintegració ^[11] α (alfa). És un procés de fissió nuclear espontània propi dels nuclis atòmics més pesants. S’emet una partícula α, equivalent a un nucli de heli: ₂⁴He. El nombre atòmic disminueix en dues unitats i la massa atòmica en quatre.

Las fletxes blaves indiquen la desintegració β^- (beta-menys). Un neutró es converteix en un protó, un electró i un antineutrí electrònic: e^- + ν_e.

El nombre atòmic augmenta en una unitat i es conserva la massa atòmica.

La datació potassi-argó

La datació potassi-argó (K-Ar) és una tècnica de datació radiomètrica utilitzada per determinar l'edat absoluta de les roques i minerals que contenen minerals de potassi. Es basa en la desintegració dels isòtops radioactius del potassi (₄₀K) en argó (₄₀Ar) a través del temps.

El potassi és un element químic que té diversos isòtops, però el més comú és el potassi-40 (₄₀K). Aproximadament el 0,012% del potassi en la natura és ₄₀K, i és radioactiu. Aquest isòtop es desintegra a un ritme constant en argó-40. El procés de desintegració té una vida mitjana d’aproximadament 1.3 bilions d'anys.

En l'entorn geològic, el potassi es troba freqüentment en minerals com la feldspat potàssic i la mica moscovita. Quan es forma una roca ígnia o metamòrfica, es pot emmagatzemar argó en els cristalls dels minerals. Amb el temps, el ₄₀K es desintegra en ₄₀Ar, i la quantitat d'argó acumulada en els minerals pot ser mesurada per determinar l'edat de la roca.

La datació potassi-argó és especialment útil per a la datació de roques ígnies antigues. També s'utilitza per a la datació de materials arqueològics i paleontològics quan es troben en associació amb materials volcànics.

Les roques més antigues del planeta Terra

Els gneis de la regió de Jack Hills, a l'oest d'Austràlia ^[12], contenen els grans més antics de zirconi coneguts fins ara ^[13].

La seva datació radiomètrica amb urani-plom ^[14] n’estima l'edat de formació en de les roques que els contenen en 4374 ± 0.01 milions d’anys.

Els gneis d’Acasta, a la regió de l'escut canadenc i a l'est de Groenlàndia, són uns afloraments rocosos datats en uns 4280 milions d'anys. En la seva datació s’han utilitzat diferents tècniques radiomètriques, potassi-argó, urani-plom i rubidi-estronci.

La datació radiomètrica U-Pb de mostres de galena del cràter Meteor (Arizona) dona una antiguitat d’uns 4540 milions d’anys i 4440 milions d’anys la datació, amb la mateixa tècnica, de mostres de basalt de roques lunars.

És a dir, la Lluna i la Terra es van formar pràcticament al mateix temps i podem dir que almenys el que tenim al voltant del nostre sistema solar és aproximadament d'aquesta edat, d'uns 4500 milions d'anys.

L’aparició de la vida en la Terra

Els estromatòlits del jaciment d'Isua a Groenlàndia són un conjunt de roques metamòrfiques antigues que es troben a l'oest de Groenlàndia. Aquest jaciment és especialment conegut per contenir alguns dels materials més antics de la Terra, amb una edat aproximada de 3800 milions d'anys.

Es varen formar en un ambient marí, i mostren evidències de l'activitat volcànica, la sedimentació i la metamorfosi. A les roques s’hi han trobat rastres de cianobacteris, uns dels organismes fotosintètics més antics coneguts.

El seu estudi és clau per comprendre l'evolució de la Terra en els seus primers anys i les condicions per a l'aparició de la vida. Aquest jaciment ha proporcionat dades sobre la composició atmosfèrica de l'època, les temperatures oceàniques i altres factors ambientals.

Un estromatòlit és una estructura sedimentària laminada o estromatolítica que es forma per l'activitat de microorganismes, principalment cianobacteris, en entorns aquàtics. A mesura que els cianobacteris creixen i s'acumulen, van formant capes o laminacions de material orgànic, principalment carbonat de calci (CaCO₃) o carbonat de magnesi (MgCO₃).

Els estromatòlits es troben en diferents entorns aquàtics, com ara mars costaners, llacs, aiguamolls i estuaris. Són considerats estructures biogèniques, ja que la seva formació és el resultat d'interaccions entre els microorganismes i el medi ambient. Els cianobacteris s'adhereixen a les superfícies i a poc a poc van construint les capes de material, que poden quedar fossilitzades amb el temps.

L’edat de l’Univers

La teoria de més consens actualment sobre la formació de l'univers i la seva antiguitat és el model del Big Bang, que s'ha basat en diverses observacions astronòmiques i evidències científiques recopilades al llarg dels anys.

Segons el model del Big Bang, l'univers va començar com una singularitat infinitament densa i calenta fa aproximadament uns 13800 milions d'anys. En aquest moment inicial, tota la matèria, l'energia i l'espai-temps eren continguts en aquest punt extremadament petit i calent. A partir d'aquí, l'univers experimenta una expansió accelerada i refredament, coneguda com a inflació còsmica, durant una fracció de segon.

A mesura que l'univers s'expandeix, es va refredant i permet la formació de partícules subatòmiques, àtoms i posteriorment estrelles i galàxies.

L'edat de l'univers es determina mitjançant diverses tècniques, com ara l'estudi de la radiació còsmica de fons, que és una radiació fòssil que es remunta als primers moments de l'univers.

Conclusió

El temps és quelcom difícil de definir sense utilitzar-ne el propi concepte en la seva definició. Per la majoria de la humanitat ha estat de sempre allò que passa mentre ens passa la vida, sempre del passat cap al futur i percebut en un breu instant del present que ja és passat.

La seva mesura ha estat de sempre molt important per poder planificar correctament els esdeveniments de la vida.

El seu control ha estat de sempre una font de poder. Els primers calendaris es basaren en l’observació dels moviments cíclics més constants segons la precisió de la mesura disponible: els moviments dels astres, el pas del dia i de la nit, els cicles estacionals,... i durant segles això va ser suficient fins que la diferència entre els diferents calendaris va ser incompatible amb un Món cada cop més global.

Amb els descobriments científics i principalment per l’avenç de la navegació marítima va ser necessària una major precisió de la mesura del temps per poder calcular amb exactitud la longitud terrestre. En aquest sentit va ser un gran avanç l’invent del rellotge mecànic, especialment a partir del segle XIV i, en particular, l’invent del cronòmetre de precisió per part de John Harrison, el 1761, que va revolucionar la navegació marítima.

Al segle XIX, amb Max Planck, apareix la física quàntica i al segle XX es defineix el segon com unitat de temps arbitrària amb una precisió increïble en temps anteriors. A principis del segle, Albert Einstein revoluciona el propi concepte de temps al lligar-lo inseparablement de l’espai en el continu espai-temps ^[15], amb la seva teoria de la relativitat especial (1905). El temps deixa de ser una magnitud constant absoluta i passa a dependre de manera relativa de la velocitat dels observadors. Dos observadors mesuraran diferents temps per l’interval entre dos esdeveniments observats segons la velocitat relativa entre els observadors.

El concepte de la infinitud del temps és encara per resoldre. La mecànica quàntica de llaços, que intenta unificar la teoria de la relativitat general d’Einstein (que inclou la gravitació) amb la mecànica quàntica de Planck, proposa que el temps podria ser infinitament gran però tenir un límit inferior on deixaria d’existir (de manera semblant a la temperatura).

A escala humana el temps és el més valuós que tenim i el percebem sovint com si no s’hagués d’acabar mai...

Jordi Coll Vera - 2023