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Fórmula del principio de incertidumbre de Heisenberg
Heisenberg se dio cuenta de que las relaciones de incertidumbre tenían profundas implicaciones. En primer lugar, si aceptamos el argumento de Heisenberg de que todo concepto tiene un significado sólo en función de los experimentos utilizados para medirlo, debemos estar de acuerdo en que las cosas que no se pueden medir no tienen realmente ningún significado en física. Así, por ejemplo, la trayectoria de una partícula no tiene ningún significado más allá de la precisión con la que se observa. Pero un supuesto básico de la física desde Newton ha sido que un “mundo real” existe independientemente de nosotros, independientemente de que lo observemos o no. (Heisenberg argumentó que conceptos como las órbitas de los electrones no existen en la naturaleza a menos que los observemos.
También hubo implicaciones de gran alcance para el concepto de causalidad y la determinación de los acontecimientos pasados y futuros. Esto se discute en la página sobre los orígenes de la incertidumbre. Como las relaciones de incertidumbre son algo más que relaciones matemáticas, sino que tienen profundas implicaciones científicas y filosóficas, los físicos hablan a veces del “principio de incertidumbre”.
Principio de incertidumbre de Heisenberg energía-tiempo
Permítanme resumir lo que he dicho hasta ahora. El mundo microscópico tiene una propiedad llamada “dualidad onda-artículo”. (También lo tiene el mundo macroscópico, pero los efectos de la dualidad onda-artículo no son perceptibles para los objetos grandes). Esto significa que cada partícula, como un fotón, un electrón, un protón, un positrón, etc., tiene una onda asociada. La amplitud (tamaño) de esta onda describe la probabilidad de encontrar la partícula en esa región. En cualquier observación de la partícula, probablemente se encontrará donde la amplitud es grande, y probablemente no se encontrará donde la amplitud es pequeña, pero hay una incertidumbre en la posición de la partícula.
Por lo general, la onda no se extenderá por todo el universo, sino que se limitará a una pequeña región del espacio. Esta onda “localizada” se llama paquete de ondas. Un paquete de ondas no tiene una longitud de onda específica, sino que está formado por ondas de distintas longitudes de onda. Y el momento de una partícula de onda depende de su longitud de onda. Por lo tanto, una partícula de onda que no está repartida por todo el universo no tiene un momento específico, sino que tiene muchos momentos. En otras palabras, hay una incertidumbre en el momento de la partícula. (Nos estamos acercando, ¿te das cuenta?)
El principio de incertidumbre de Heisenberg
Se trata de una declaración sucinta de la “relación de incertidumbre” entre la posición y el momento (masa por velocidad) de una partícula subatómica, como un electrón. Esta relación tiene profundas implicaciones para nociones tan fundamentales como la causalidad y la determinación del comportamiento futuro de una partícula atómica. Debido a las implicaciones científicas y filosóficas de las aparentemente inofensivas relaciones de incertidumbre, los físicos hablan de un principio de incertidumbre, que a menudo se denomina de forma más descriptiva “principio de indeterminación”. Esta página se centra en los orígenes de las relaciones y el principio de incertidumbre de Heisenberg.
“Conocía la teoría [de Heisenberg], por supuesto, pero me sentí desanimado, por no decir repelido, por los métodos del álgebra trascendental, que me parecían difíciles, y por la falta de visualización”.
Había algo más en juego que las preferencias personales, ya que los puestos de trabajo estaban ahora en juego para los creadores de la mecánica matricial. La mayoría de los jóvenes que crearon la mecánica matricial estaban listos para pasar a ocupar puestos de enseñanza como profesores, y la vieja generación de físicos teóricos estaba empezando a dejar sus puestos en las universidades alemanas. La familia de Heisenberg ejercía presión sobre el joven para que ocupara una de las vacantes, al tiempo que su mejor trabajo, la mecánica matricial, parecía quedar eclipsado por la mecánica ondulatoria.
La inseguridad de Heisenberg
Al contrario de lo que se enseña a muchos estudiantes, la incertidumbre cuántica puede no estar siempre en el ojo del espectador. Un nuevo experimento demuestra que la medición de un sistema cuántico no introduce necesariamente la incertidumbre. El estudio echa por tierra una explicación habitual en las aulas de por qué el mundo cuántico parece tan difuso, pero el límite fundamental de lo que se puede conocer a las escalas más pequeñas permanece inalterado.
La base de la mecánica cuántica es el principio de incertidumbre de Heisenberg. En pocas palabras, el principio afirma que hay un límite fundamental en lo que se puede saber sobre un sistema cuántico. Por ejemplo, cuanto más se conoce la posición de una partícula, menos se puede saber sobre su momento, y viceversa. El límite se expresa en forma de una sencilla ecuación que es fácil de demostrar matemáticamente.
En ocasiones, Heisenberg explicó el principio de incertidumbre como un problema de realización de mediciones. Su experimento mental más conocido consistía en fotografiar un electrón. Para tomar la fotografía, un científico podría hacer rebotar una partícula de luz en la superficie del electrón. Esto revelaría su posición, pero también impartiría energía al electrón, haciendo que se moviera. El conocimiento de la posición del electrón crearía incertidumbre en su velocidad, y el acto de medición produciría la incertidumbre necesaria para satisfacer el principio.