Principio de incertidumbre de Heisenberg
El principio de incertidumbre de Heisenberg es una ley física que forma parte de la mecánica cuántica. Dice que cuanto más precisamente mides la posición de una partícula, con menor precisión puedes conocer su movimiento (momento o velocidad). Y cuanto más precisamente mida el movimiento de una partícula, con menor precisión podrá conocer su posición. Esto es contrario a nuestra experiencia cotidiana de la vida, donde estas medidas son independientes entre sí y se pueden medir con la precisión que nos gustaría. Cuando se introdujo en 1927, la gente tardó un tiempo en aceptarlo.
Puede que no sea fácil comprender este principio, pero es aún más difícil explicarlo. Una forma en que Heisenberg trató de explicarlo a la gente fue decir que el acto de observar algo afecta el resultado.
Imagina que estás en un laboratorio, tratando de observar un electrón a través de un microscopio para medir su posición y velocidad. La luz que está utilizando en esta observación rebota en el electrón y llega a sus ojos. Así es como puedes verlo. Pero la luz afecta al electrón cuando rebota en él.
La luz contiene partículas diminutas llamadas fotones, y esas partículas tienen una cierta cantidad de impulso. Esta es una cantidad que tienen mucho los objetos rápidos y pesados: un jugador de fútbol que corre tiene mucho impulso, por eso es difícil detenerlos. En el caso de la luz, su cantidad de impulso depende de la longitud de onda (color) de las ondas de luz, que se pueden controlar en un laboratorio.
Si el tipo de luz que usamos para nuestra observación tiene fotones con mucho impulso, entonces podemos ver fácilmente dónde está el electrón (su posición). Es como hacer brillar una luz muy brillante en el microscopio. Pero debido a que tienen mucho impulso, lo transferirán al electrón cuando reboten, haciendo que se acelere. Esto hará que sea difícil saber qué tan rápido se mueve (su velocidad). Nuestra observación ha afectado la velocidad del electrón.
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Pero si el tipo de luz que usamos tiene fotones sin apenas impulso, no podemos ver fácilmente dónde está el electrón (su posición). Es como usar un microscopio en una habitación oscura. Pero dado que los fotones tienen poco impulso, no afectarán la velocidad del electrón, por lo que es más fácil saber qué tan rápido se mueve (su velocidad).
Cuanto mejor conocemos la velocidad, más difícil es conocer la posición. Y cuanto mejor conocemos la posición, más difícil es conocer la velocidad. Ese es el principio de incertidumbre.
Heisenberg y la mecánica cuántica
La mecánica cuántica explora la física del diminuto mundo subatómico. Resulta que en estas pequeñas escalas, las cosas actúan de manera muy diferente a como lo hacen en nuestra vida diaria. Los fundamentos de la mecánica cuántica fueron establecidos por personas como Einstein y Planck a principios del siglo XX. Pero entonces quedaba mucho trabajo por delante: convertir ideas en ecuaciones y leyes. Ese trabajo llevaría algunas décadas, y Heisenberg fue una figura clave durante ese tiempo.
Heisenberg comenzó a trabajar en el principio en 1925, cuando sugirió que los electrones en un átomo no viajan en órbitas precisas y que su movimiento es aleatorio y difícil de predecir. A las personas que no aceptaban la mecánica cuántica y consideraban que la realidad era determinista y predecible, no les gustaba en absoluto el principio de incertidumbre.
Incluso Einstein, quien estuvo involucrado en el nacimiento de la mecánica cuántica, creía que la mecánica cuántica de aleatoriedad propuesta era en realidad solo una simplificación, que había más en esta imagen que no entendíamos completamente. Incluso planteó experimentos mentales que parecían invalidar el principio, aunque Heisenberg pudo encontrar una respuesta a todos ellos. Esencialmente, Einstein creía que la mecánica cuántica algún día se explicaría mediante una teoría más amplia. Este ha resultado no ser el caso.
Resumen de la lección
Muy bien, repasemos. El principio de incertidumbre de Heisenberg es una ley de la mecánica cuántica que limita la precisión con la que se pueden medir dos variables relacionadas. Específicamente, dice que cuanto más exactamente midas el momento (o velocidad) de una partícula, con menos precisión podrás conocer su posición, y viceversa. Heisenberg explicó esto usando algo llamado efecto del observador, que dice que el mismo acto de medir un valor afecta al otro y, por lo tanto, introduce cierta incertidumbre.
Heisenberg trabajó en el principio entre 1925 y 1927, en los primeros días de la mecánica cuántica , que explora la física del diminuto mundo subatómico. Y aunque muchas personas dudaban de que sus conclusiones fueran precisas, incluido Einstein, que pensó que serían explicadas por alguna teoría más amplia, el principio de incertidumbre de Heisenberg ha resistido la prueba del tiempo.
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