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EL PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE DE HEISENBERG

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En la mecánica clásica gobernada por las leyes de Newton, se puede predecir dónde irá a parar un proyectil si conocemos su posición inicial y la velocidad con la que es lanzado. En mecánica cuántica, este determinismo desaparece. Heisenberg puso de manifiesto la imposibilidad intrínseca de poder medir la posición y la velocidad de una partícula subatómica con precisión.

La precisión

Cuando hacemos mediciones siempre existe la posibilidad de error o de falta de precisión. Si medimos, por ejemplo, 1 m en el suelo, usando una cinta métrica de un solo metro, no podemos en realidad decir que estamos midiendo exactamente un metro, debido a que la cinta está calibrada hasta los milímetros. Esto significa que en realidad podríamos estar midiendo 100,05 cm o 99,05 cm y nunca lo sabríamos. Los errores o falta de precisión son acumulativos, de tal manera que probablemente importe poco ese 0,05 cm en una sola medida, pero si intentamos medir un terreno de una hectárea usando la misma cinta, la diferencia podrá ser considerable. Sin embargo, la incertidumbre a la que se refiere Heisenberg no tiene nada que ver con ninguna de las fuentes de error que hemos mencionado, sino a la manera en que nos vemos obligados a observar a las partículas subatómicas y su naturaleza misma.

El determinismo ha muerto

El principio de incertidumbre dice, básicamente, que no nos es posible medir con exactitud la posición y la velocidad (o momento) de una partícula debido a que nuestra mera observación influye en una o en la otra magnitud dependiendo de cómo decidamos medirlas. Por ejemplo, si nos disponemos a medir la posición de un neutrón, hay que hacerlo interactuar con ondas electromagnéticas. Mientras más energéticos sean los fotones de las ondas electromagnéticas, podremos saber con mayor precisión su ubicación. Sin embargo, como ya habrán deducido, mientras más energético es el fotón, más modifica, de modos impredecibles, la velocidad del neutrón. De tal manera que mientras más precisión obtenemos respecto a su ubicación, más incierta nos será su velocidad. Y así no podremos determinar nunca la posición futura de la partícula, lo que representa una verdadera ruptura con la física clásica y esa posibilidad de predecir: el determinismo. No importa la precisión de los instrumentos o la destreza del experimentador, esto siempre pasará.

Esta inecuación pone de manifiesto el principio de incertidumbre de Heisenberg. Delta de x representa la incertidumbre con la que medimos la ubicación. Un valor bajo de delta de x significa que sabemos bastante bien donde se encuentra la partícula. Mientras que delta de Q  es la incertidumbre con la que medimos la velocidad (o más precisamente el momento, que está en función de la velocidad y la masa). El producto de ambos términos siempre debe ser mayor a una magnitud constante dada por h ( la constante de Planck) dividido por 4 pi. Lo que significa que cuando uno de los valores baja, el otro debe aumentar para cumplir la inecuación. En otras palabras, si conocemos bastante bien donde se encuentra una partícula, más incertidumbre tenemos acerca de su velocidad. Y viceversa.

No tan rápido

Lo que acabo de explicar, irónicamente ha sido de una manera clásica, de una manera lo más intuitiva posible, como para hacernos una idea, por no tener ninguna, de lo que realmente sucede. Lo cierto es que es mucho más complicado que eso. Todo se empieza a complicar con la naturaleza dual de las partículas: su naturaleza onda-corpúsculo. Una partícula es onda y es partícula a la vez y es una u otra cosa según cómo la observemos. ¿Cómo vamos a saber la ubicación de una partícula si también se propaga como onda? En 1926, el físico austriaco Erwin Schrödinger desarrolló una ecuación que nos dice dónde es probable que se encuentre una partícula, lo que se conoce como la ecuación de ondas de Schrödinger. Así, cada uno de los conceptos como posición, velocidad, momento o energía, son de naturaleza probabilística. De tal manera que ahora hablaríamos de una región donde es probable que esté la partícula y un rango de velocidades. Esto a muchos físicos les generó rechazo. Albert Einstein dijo que “Dios no juega a los dados”, mostrando su inconformidad con el asunto. El mismo Einstein protagonizó una serie de debates con el físico Niels Bohr que han quedado como interesantes anécdotas en la historia de la ciencia. Sobre estos debates, la revolucionaria interpretación de los fenómenos cuánticos del equipo de Bohr, en Copenhague, y más asuntos sobre las rarezas de la física cuántica, seguiremos hablando en próximas entradas. Hasta entonces.

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