3. Principio de Incertidumbre
Una de las consecuencias más llamativas de la dualidad onda-partícula está relacionada con la imposibilidad de conocer con exactitud ciertos pares de magnitudes físicas.
Hoy es sabido que es imposible medir simultáneamente la posición y velocidad de una partícula con total precisión. Este resultado se conoce como Principio de Incertidumbre y fue enunciado por Werner Heisemberg en 1927.
El principio de indeterminación impone unos límites para la información que podemos extraer de un objeto cuántico, y suele expresarse en dos partes:
- No es posible determinar con exactitud la posición y el momento lineal de un objeto cuántico. Si llamamos Δx a la indeterminación en la posición, y Δp a la indeterminación en el momento lineal (recuerda que p=mv), estas indeterminaciones cumplen la relación:
- No es posible determinar con exactitud el valor medio de la energía de un objeto cuántico y el tiempo necesario para efectuar la medida. Si llamamos ΔE a la indeterminación en la energía, y Δt a la indeterminación en el tiempo, estas indeterminaciones cumplen la relación:
Por extraño que te parezca el principio de incertidumbre debes saber que es una consecuencia lógica del carácter ondulatorio de la materia. Observa este vídeo de 1 minuto que te puede aclarar algo todo esto:
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Conocimiento previo
Es importante que te des cuenta que la incertidumbre no se debe a los instrumentos de medida, sino al propio hecho de medir. En física cuántica se entiende que el proceso de medida influye en el resultado que se obtiene.
Si lo piensas un poco caerás en la cuenta de lo extraño de esta última afirmación. Por poner un ejemplo, se podría concluir que ¡cuando observamos la posición de la Luna estamos cambiando su posición! ¿Es esto posible?
En este ejemplo una vez más te topas con un objeto macroscópico en el que los resultados cuánticos son despreciables pero imagina que, en lugar de la Luna, quieres observar la posición de un electrón (este es un experimento imaginario). Para ver el electrón es preciso enviar un fotón que lo "ilumine", el fotón dispersado nos dirá dónde se encontraba el electrón.
Pero el choque del fotón con el electrón modificará la velocidad de este por lo que se tiene que concluir que, si deseas saber dónde se encuentra el electrón y cuál es su velocidad debemos hacerlo "a ciegas". En estas condiciones se puede conocer su velocidad, pero no su posición.
En definitiva, si se ilumina conocerás la posición y no la velocidad, y si no lo haces sabrás la velocidad y no la posición. Esto es precisamente lo que nos dice el principio de incertidumbre.