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El principio de incertidumbre

 

El principio de incertidumbre

Para comprender mejor la clase del núcleo en el centro de una nebulosa planetaria, debemos hacer un pequeño rodeo hacia la mecánica cuántica. Conozcamos uno de sus principios fundamentales: el principio de incertidumbre.

Medir la posición y la velocidad de una partícula

Imaginemos que tengamos que dar una descripción completa de un electrón, es decir, determinar tanto los tamaños como su posición o su velocidad. A primera vista, esto no plantea problema y, según la física clásica, debemos poder medir estas cantidades con una precisión ilimitada.

La mecánica cuántica es de una opinión diferente. Según ella, toda descripción de un fenómeno físico debe tener en cuenta el acto de observación. No podemos contentarnos con decir que no hay ninguna dificultad en la medida, sino debemos estudiar con cuidado el modo en el que vamos a efectuar ésta.

Tratemos, pues, de medir simultáneamente la posición y la velocidad del electrón. El medio más simple es utilizar un rayo luminoso. No estamos limitados a la luz visible, podemos recurrir a toda la gama de ondas electromagnéticas, desde el ámbito de radio hasta los rayos gamma.

Comencemos con un haz de radio de una longitud de onda de un metro, por ejemplo. El problema que se plantea es que sólo podemos determinar la posición del electrón con una precisión del orden de la longitud de onda. Así pues, con esta emisión de radio, sólo podemos determinar la posición a un metro aproximadamente. Para aumentar la precisión, la solución es simple. Pasemos al otro lado del espectro electromagnético y utilicemos rayos gamma. Las longitudes de onda ahora son muy pequeñas, y la posición del electrón puede ser medida con una gran precisión, por ejemplo, una millonésima de una mil millonésima parte de un metro.

Pero un nuevo problema se plantea. Los fotones que componen la radiación gamma (o rayos gamma) son muy energéticos. Su encuentro con el electrón es violento y el choque perturba el movimiento de la partícula, por lo tanto, su velocidad. En consecuencia, una gran incertidumbre afecta ahora nuestra determinación de esta última. Para no perturbar la partícula y poder medir con precisión su velocidad, es necesario recurrir a una radiación poco energética, así pues, a las ondas de radio, y nos encontramos con una gran incertidumbre sobre la posición.

 

Werner_Heisenberg

 

Werner Karl Heisenberg (Wurzburgo, Alemania, 5 de diciembre de 1901 – Múnich, 1 de febrero de 1976) fue un físico alemán. Es conocido sobre todo por formular el principio de incertidumbre, una contribución fundamental al desarrollo de la teoría cuántica. Este principio afirma que es imposible medir simultáneamente de forma precisa la posición y el momento lineal de una partícula. Heisenberg fue galardonado con el Premio Nobel de Física en 1932. El principio de incertidumbre ejerció una profunda influencia en la física y en la filosofía del siglo XX. Crédito: Wikimedia Commons

 

El principio de incertidumbre

La situación es compleja y es una de las enseñanzas de la mecánica cuántica, conocida bajo el nombre de principio de incertidumbre: es imposible conocer simultáneamente, y con precisión absoluta, la posición y la velocidad de una partícula.

Técnicas más refinadas podrían superar la dificultad. No es el caso. El principio de incertidumbre es una propiedad fundamental de la materia, no un problema experimental. La mecánica cuántica, cuyas predicciones han sido muchas veces verificadas, indica claramente que un electrón no posee a la vez una posición y una velocidad precisas. Las observaciones no hacen más que poner de relieve esta propiedad, no son la causa.

Pero los objetos de la vida cotidiana parecen comportarse de manera más razonable. Es posible determinar con una gran precisión la velocidad y posición de un coche. ¿ Por qué estos objetos no están sometidos a principios de incertidumbre? De hecho, también lo están, pero esto no tiene consecuencia notable. La razón es que estos objetos tienen una masa sin medida común con la de una partícula elemental.

Si un fotón puede influenciar el movimiento de un electrón, cuya masa es extremadamente baja, le es imposible perturbar un objeto de varios kilogramos. El acto de observación no tiene, pues, influencia. En consecuencia, el principio de incertidumbre no tiene efecto directo sobre la vida cotidiana. De hecho, es posible atribuir a todo cuerpo macroscópico una posición y una velocidad bien determinadas.

 

 

ASTRONOMÍA Y ASTROFÍSICA - ANTONIO HERAS - SON FERRER (CALVIÁ)

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