Cuál es el principio de incertidumbre de Heisenberg

Seguramente has oído hablar del principio de incertidumbre de Heisenberg... ¿no?, Si es la primera vez que lo escuchas y no tienes ni idea, pues bueno, probablemente no seas el único, pero déjanos arrojar un poco de luz sobre este tema y explicarte Cuál es el principio de incertidumbre de Heisenberg. En resumen, este principio […]

Seguramente has oído hablar del principio de incertidumbre de Heisenberg… ¿no?, Si es la primera vez que lo escuchas y no tienes ni idea, pues bueno, probablemente no seas el único, pero déjanos arrojar un poco de luz sobre este tema y explicarte Cuál es el principio de incertidumbre de Heisenberg. En resumen, este principio señala que a menudo no podemos saber toda la información de una partícula al mismo tiempo. Por ejemplo, no se puede conocer el momento y la posición de un objeto o partícula simultáneamente.

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Explicación matemática

La versión más generalizada del principio de incertidumbre de Heisenberg dice que si se mide el momento de una partícula con incertidumbre (Δp), entonces se está limitado en la precisión con la que se puede ‘conocer’ o medir su posición. No puedes saberlo con más precisión que Δx ≥ ℏ/2Δp, donde ℏ (o H-bar) es un valor conocido como la constante reducida de Planck y es extremadamente pequeño.

Reordenando la ecuación anterior se obtiene la versión más común del principio de incertidumbre de Heisenberg, y quizás la ecuación más famosa en la física fuera de E=mc^2. Esta ecuación nos dice que cuando la incertidumbre en posición es multiplicada por la incertidumbre en momento su valor no puede ser mayor que la constante mencionada anteriormente (Planck) dividida por dos.

La versión de “momento y posición” del principio de incertidumbre puede ser la más conocida, pero no es en absoluto la única versión, y las demás versiones no deben considerarse menos importantes. De hecho, la variación energía/tiempo del principio de incertidumbre da lugar a uno de los elementos más sorprendentes y contrarios a la intuición de la realidad: la idea de que los pares virtuales de partículas pueden entrar y salir de la existencia.

Si se considera una zona aislada infinitesimal del espacio tiempo observada durante un período de tiempo precisamente «conocido», entonces el principio de incertidumbre para la energía y el tiempo (ΔE Δt = ≥ ℏ/2Δ) dice que no se puede conocer con precisión el contenido de energía de esa zona. Lo que significa que las partículas deben estar entrando y saliendo de la existencia en esa caja.

Explicación cualitativa

Aparte de las definiciones matemáticas, uno puede darle sentido a esto imaginando que cuanto más cuidadosamente se intente medir la posición, mayor será la perturbación del sistema, lo que dará lugar a cambios en el impulso. Por ejemplo, comparemos el efecto que la medición de la posición tiene en el momento de un electrón frente a una pelota de tenis. Digamos que para medir estos objetos se necesita luz en forma de partículas de fotones.

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Estas partículas de fotones tienen una masa y velocidad que se pueden medir, y entran en contacto con el electrón y la pelota de tenis para lograr un valor en su posición. Al chocar dos objetos con sus respectivos momentos, se transmiten estos momentos el uno al otro. Cuando el fotón entra en contacto con el electrón, se transfiere una parte de su momento y el electrón se moverá ahora en relación con este valor dependiendo de la relación de su masa.

La bola, cuando se vaya a medir, de igual manera tendrá una transferencia de momento de los fotones, pero el efecto será menor porque su masa es de mayor magnitud que la del fotón. Para dar una descripción más práctica, imagina un tanque y una bici chocando entre sí, el tanque representando la pelota de tenis y la bici la del fotón. La mera masa del tanque, aunque pueda viajar a una velocidad mucho menor, aumentará su impulso mucho más que el de la bici, forzando a la bicicleta a la dirección opuesta. El resultado final de la medición de la posición de un objeto lleva a un cambio en su momento y viceversa.

Todo el comportamiento cuántico sigue este principio y es importante en la determinación de los anchos de línea espectral, ya que la incertidumbre en la energía de un sistema corresponde a un ancho de línea visto en regiones del espectro de luz exploradas en la espectroscopia.

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Consecuencias del principio

El Principio de Heisenberg tiene una gran influencia en la ciencia practicada y en cómo se diseñan los experimentos. Considera la medición del momento o la posición de una partícula. Para crear una medición, debe ocurrir una interacción con esta que altere sus otras variables. Por ejemplo, para medir la posición de un electrón debe haber una colisión entre el electrón y otra partícula como un fotón.

Esto impartirá parte del impulso de la segunda partícula al electrón que se está midiendo y, por lo tanto, cambiará sus variables. Una medición más precisa de la posición del electrón requeriría una menor longitud, y por lo tanto sería más energética, pero entonces esto alteraría aún más el momento durante la colisión. Un experimento diseñado para determinar el momento tendría un efecto similar en la posición. En consecuencia, los experimentos sólo pueden reunir información sobre una sola variable a la vez con cualquier cantidad de precisión, dadas las múltiples interacciones que ocurren al momento de la medición.

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