Principio de indeterminación de Heisenberg
Keywords: Principio de indeterminación de Heisenberg, 1927, Constante de Planck, Desviación estándar, Electrón, Energía del vacío, Fotón, Mecánica cuántica, Momento lineal
En mecánica cuántica el principio de indeterminación de Heisenberg afirma que no se puede determinar, simultáneamente y con precisión arbitraria, ciertos pares de variables físicas, como son, por ejemplo, la posición y la cantidad de movimiento de un objeto dado. En palabras sencillas, cuanta mayor certeza se busca en determinar la posición de una partícula, menos se conoce su cantidad de movimiento lineal. Este principio fue enunciado por Werner Heisenberg en 1927.
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Definición formal
Si se preparan varias copias idénticas de un sistema en un estado determinado las medidas de la posición y el momento variarán de acuerdo con una cierta distribución de probabilidad característica del estado cuántico del sistema. Las medidas de la desviación estándar Δx de la posición y el momento Δp verifican entonces el principio de incertidumbre que se expresa matemicamente como
donde h es la constante de Planck
En la física de sistemas clásicos esta incertidumbre de la posición-momento no se manifiesta puesto que se aplica a estados cuánticos y h es extremadamente pequeño. Una de las formas alternativas del principio de incertidumbre más conocida es la incertidumbre tiempo-energía que puede escribirse como:
.
Esta forma es la que se utiliza en mecánica cuántica para explorar las consecuencias de la formación de partículas virtuales, utilizadas para estudiar los estadios intermedios de una interacción. Esta forma del principio de incertidumbre es también la utilizada para estudiar el concepto de energía del vacío.
Explicación menos rigurosa
Podemos entender mejor este Principio si pensamos en lo que sería la medida de la posición y velocidad de un electrón: para realizar la medida (para poder "ver" de algún modo el electrón) es necesario que un fotón de luz choque con el electrón, con lo cual está modificando su posición y velocidad; es decir, por el mismo hecho de realizar la medida, el experimentador modifica los datos de algún modo, introduciendo un error que es imposible de reducir a cero, por muy perfectos que sean nuestros instrumentos.
Consecuencias del principio
Este Principio supone un cambio básico en nuestra forma de estudiar la Naturaleza, ya que se pasa de un conocimiento teóricamente exacto (o al menos, que en teoría podría llegar a ser exacto con el tiempo) a un conocimiento basado sólo en probabilidades y en la imposibilidad teórica de superar nunca un cierto nivel de error.
Como consecuencia curiosa, las partículas cuánticas, como los electrones, carecen de trayectoria, ya que para definirla sería necesario definir a la vez su posición y su velocidad en cada instante, algo que sí podemos hacer con objetos clásicos, que se encuentran en la vida cotidiana. En las partículas cuánticas, solamente es posible determinar la probabilidad de que la partícula se encuentre en una región determinada.
Incertidumbre
En ocasiones es presentado incorrectamente como "principio de incertidumbre", como resultado recogido de una traducción imprecisa al inglés (uncertainty) de los términos utilizados originalmente por Heisenberg (unbestimmtheit / unsicherheit). Ello resulta sobre todo significativo cuando se pretenden trazar analogías desde la Física a otros campos.