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El principio de incertidumbre de Heisenberg
En contra 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.
Principio de incertidumbre de Heisenberg explicación sencilla
En la vida cotidiana, calcular la velocidad y la posición de un objeto en movimiento es relativamente sencillo. Podemos medir un coche que se desplaza a 100 kilómetros por hora o una tortuga que se arrastra a 0,5 kilómetros por hora y, al mismo tiempo, señalar dónde se encuentran los objetos. Pero en el mundo cuántico de las partículas, hacer estos cálculos no es posible debido a una relación matemática fundamental llamada principio de incertidumbre.
Esta ley fundamental entra en juego en el mundo cuántico porque las partículas subatómicas pueden comportarse como ondas. Un error común sobre el principio de incertidumbre en la física cuántica es que implica que nuestras mediciones son inciertas o inexactas. En realidad, la incertidumbre es un aspecto inherente a todo lo que tiene un comportamiento ondulatorio.
Principio de incertidumbre de Heisenberg energía-tiempo
El Principio de Incertidumbre de Heisenberg es uno de los resultados más célebres de la mecánica cuántica y afirma que uno (a menudo, pero no siempre) no puede saber todas las cosas sobre una partícula (tal y como la define su función de onda) al mismo tiempo. Este principio se manifiesta matemáticamente como operadores no conmutativos.
El Principio de Incertidumbre de Heisenberg establece que existe una incertidumbre inherente al acto de medir una variable de una partícula. Aplicado comúnmente a la posición y el momento de una partícula, el principio afirma que cuanto más precisa es la posición, más incierto es el momento y viceversa. Esto es contrario a la física clásica newtoniana, que sostiene que todas las variables de las partículas son medibles con una incertidumbre arbitraria si se dispone de un equipo suficientemente bueno. El principio de incertidumbre de Heisenberg es una teoría fundamental de la mecánica cuántica que define por qué un científico no puede medir múltiples variables cuánticas simultáneamente. Hasta los albores de la mecánica cuántica, se consideraba un hecho que todas las variables de un objeto podían conocerse simultáneamente con una precisión exacta en un momento dado. La física newtoniana no ponía límites a la forma en que los mejores procedimientos y técnicas podían reducir la incertidumbre de las mediciones, de modo que era concebible que, con el cuidado y la precisión adecuados, se pudiera definir toda la información. Heisenberg hizo la audaz propuesta de que existe un límite inferior a esta precisión que hace que nuestro conocimiento de una partícula sea inherentemente incierto.
Efecto observador
Esta es 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.