A horcajadas en el Tiempo

La Macánica Cuántica
EL IMPERIO DE
LA INCERTIDUMBRE
Es muy posible que uno de los dogmas más intrigantes en el notoriamente complejo estudio de la física cuántica
sea el llamado «principio de incertidumbre de Heisenberg», principio que revela una característica distinta de la mecanica
cuántica que no existe en la mecánica newtoniana. Como una definición simple, podemos señalar que se trata de un
concepto que describe que el acto mismo de observar cambia lo que se está observando. En 1927, el físico alemán
Werner Heisenberg se dio cuenta de que las reglas de la probabilidad que gobiernan las partículas subatómicas nacen de
la paradoja -reflejada en los experimentos de pensamiento mostrados aquí- de que dos propiedades relacionadas de una
partícula no pueden ser medidas exactamente al mismo tiempo. Por ejemplo, un observador puede determinar o bien la
posición exacta de una partícula en el espacio o su impulso (el producto de la velocidad por la masa) exacto, pero nunca
ambas cosas simultáneamente. Cualquier intento de medir ambos resultados conlleva a imprecisiones.
Cuando un fotón emitido por una fuente de luz colisiona con un electrón (turquesa), el impacto señala la posición del electrón. En el
proceso, sin embargo, la colisión cambia la velocidad del electrón. Sin una velocidad exacta, el impulso del electrón en el momento de
la colisión es imposible de medir.
Según el principio de incertidumbre, ciertos pares de variables físicas, como la posición y el momento (masa por
velocidad) de una partícula, no pueden calcularse simultáneamente con la precisión que se quiera. Así, sí repetimos el
cálculo de la posición y el momento de una partícula cuántica determinada (por ejemplo, un electrón), nos encontramos
con que dichos cálculos fluctúan en torno a valores medios. Estas fluctuaciones reflejan, pues, nuestra incertidumbre en la
determinación de la posición y el momento. Según el principio de incertidumbre, el producto de esas incertidumbres en los
cálculos no puede reducirse a cero. Si el electrón obedeciese las leyes de la mecánica newtoniana, las incertidumbres
podrían reducirse a cero y la posición y el momento del electrón podrían determinarse con toda precisión. Pero la
mecánica cuántica, a diferencia de la newtoniana, sólo nos permite conocer una distribución de la probabilidad de esos
cálculos, es decir, es intrínsecamente estadística. Heinsenberg ejemplificaba este notable principio de incertidumbre
analizando la capacidad de resolución de un microscopio.
Heisenberg ejemplificaba su hallazgo del principio de incertidumbre que hemos sintetizado arriba, analizando la capacidad de resolución
de un microscopio. Imaginemos que miramos una pequeña partícula al microscopio. La luz choca con la partícula y se dispersa en el sistema
óptico del microscopio. La capacidad de resolución del microscopio (las distancias más pequeñas que puede distinguir) se halla limitada, para un
sistema óptico concreto, por la longitud de onda de la luz que se utilice. Evidentemente, no podemos ver una partícula y determinar su posición a
una distancia más pequeña que esta longitud de onda; la luz de longitud de onda mayor, simplemente se curva alrededor de la partícula y no se
dispersa de un modo significativo. Por tanto, para establecer la posición de la partícula con mucha precisión hemos de utilizar una luz que tenga
una longitud de onda extremadamente corta, más corta al menos que el tamaño de la partícula.
Pero, como advirtió Heisenberg, la luz también puede concebirse como una corriente de partículas (cuantos de luz denominados fotones)
y el momento de un fotón es inversamente proporcional a su longitud de onda. Así, cuanto más pequeña sea la longitud de onda de la luz, mayor
será el momento de sus fotones. Si un fotón de pequeña longitud de onda y momento elevado golpea la partícula emplazada en el microscopio,
transmite parte de su momento a dicha partícula; esto la hace moverse, creando una incertidumbre en nuestro conocimiento de su momento.
Cuanto más pequeña sea la longitud de onda de la luz, mejor conoceremos la posición de la partícula, pero menos certidumbre tendremos de su
momento final. Por otra parte, si sacrificamos nuestro conocimiento de la posición de la partícula y utilizamos luz de mayor longitud de onda,
podemos determinar con mayor certidumbre su momento. Pero si la mecánica cuántica es correcta, no podemos determinar al mismo tiempo con
precisión absoluta la posición de la partícula y su momento.
http://www.astrocosmo.cl/h-foton/h-foton-06_03.htm (4 of 6)29/12/2004 23:26:11