Werner K. Heisenberg,físico alemán conocido por enunciar el principio
de incertidumbre que lleva su nombre en 1927, siendo una contribución fundamental para la teoría cuántica.
El principio
de incertidumbre
de Heisenberg, también conocido la
“relación de indeterminación”, afirma la imposibilidad
de realizar la medición precisa
de la posición y
del momento lineal (cantidad
de movimientos)
de una partícula al mismo tiempo. Esto produce que las partículas, en su movimiento no tienen una trayectoria
definida.
Heisenberg presentó su modelo atómico, negándose a describir al átomo como un compuesto de partículas y ondas, ya que pensaba que cualquier intento de describir al átomo de dicha manera fracasaría. El prefería hacer referencia a los niveles de energíao a las órbitas de los electrones, usando términos numéricos, utilizando lo que llamó “mecánica de matriz”.
Para conseguir enten
der mejor este principio, se suele pensar en el electrón, ya que para realizar la medida o para po
der ver a esta partícula se necesita la ayuda
de un fotón, que choque contra el electrón modificando su posición, así como su velocidad, pero siempre se comete un error al intentar medirlo, por muy perfecto que sea el instrumental que utilizamos para el experimento, éste introducirá un fallo imposible
de anular.
Si en un estado concreto se realizan varias copiasiguales de un sistema, como puede ser un átomo, las medidas que se realicen de la posición y cantidad de movimiento, difieren según la distribución de la probabilidad que haya en el estado cuántico de dicho sistema. Las medidas del objeto que se esté observando se verán afectadas por una desviación estándar, designada como Δx, para la posición y
Δp, para el movimiento. Se comprueba así el principio
de in
determinación que matemáticamente se expresa como:
Δx . Δp ≥ h/2π ,
de don
de “h” es la
constante de Planckcon un valor conocido
de h= 6.6260693 (11) x 10^-34 J.s
La in
determinación posición-momento no se produce en la física
de sistemas clásicos, ya que ésta se utiliza en estados cuánticos
del átomo, siendo h
demasiado pequeña. La forma más conocida, que reemplaza el principio
de in
determinación para el tiempo-energía se escribe como:
ΔE. Δt ≥ h/2π
Siendo esta la relación que se utiliza para estudiar la
definición
de la energía
del vacío, y en la
mecánica cuántica, se usa para estudiar la formación
de partículas virtuales y sus consecuencias.
A parte
de las dos relaciones anteriores, existen otras “
desigualda
des”, como por ejemplo Ji, en el momento angular total
de un sistema:
En don
de i, j y k son diferentes y
Ji expresa el momento angular en un eje
Xi :
ΔJi ΔJj ≥ h/2π │( Jk)│
En un sistema cuántico
de 2 magnitu
des físicas, por ejemplo, a y b, interpretadas por operadores como
A y
B, no será factible preparar sistemas en el estado
Ψ, si los
desvíos estandar
de a y
b no cumplen la condición:
ΔΨA . ΔΨB ≥ ½ │( Ψ [ A,B ] Ψ ) │
El principio
de incertidumbre tiene sus consecuencias, pues produce un cambio en la física, ya que se pasa
de tener un conocimiento totalmente preciso en la teoría, pero no en el conocimiento, que se encuentra basado en probabilida
des.
Este resultado, como tanto otros en la mecánica cuántica, sólo afecta a la fisicoquímica subatómica, debido a que la constante de Planck es bastante pequeña, en un universo macroscópico la incertidumbre cuántica es despreciable, y continúan teniendo validez las teorías relativistas, como la de Einstein.
En mecánica cuántica, las partículas no siguen caminos
definidos, no se pue
de saber el valor exacto
de las magnitu
des físicas que explican el estado
de movimiento
de una partícula, solamente una estadística
de su distribución, por lo cual tampoco se pue
de saber la trayectoria
de una partícula. Pero, en cambio si se pue
de decir que hay una cierta probabilidad
de que una partícula esté en una región concreta
del espacio en un momento dado.
Se suele
decir que el
determinismo científico, se anula con el carácter probabilístico
de la cuántica, pero existen diversas formas
de interpretar la mecánica cuántica, y por ejemplo,
Stephen Hawking comenta que la mecánica cuántica en sí, es determinista, siendo posible que su supuesta indeterminación sea porque verdaderamente no existen posiciones o velocidades de partículas, sino que todo sean ondas. Así, los físicos y químicos cuánticos intentarían insertar a las ondas dentro de nuestra ideasprevias sobre posiciones y velocidades.
El “principio
de incertidumbre” influyó notablemente en el pensamiento físico y filosófico
de la época. Es frecuente leer que el principio
de la incertidumbre borra todas las certezas
de la naturaleza, dando a enten
der, que la ciencia no sabe ni sabrá nunca hacia don
de se dirige, ya que el conocimiento científico
depen
de de la imprevisibilidad
del Universo, don
de la relación causa- efecto no siempre van
de la mano.
Heisenberg obtuvo el premio Nobel
de física en 1932, gracias a las gran
des aportaciones que dio a la mecánica cuántica. Su principio
de incertidumbre jugó un papel importante, no solo en la ciencia , sino también en el avance
del pensamiento filosófico actual.
