Principio de incertidumbre

Mediante la física cuántica y la mecánica cuántica, se ha podido dar solución a incógnitas que rodean al universo. Un sistema microscópico como el mundo cuántico, trabaja de una manera muy distinta a la realidad que comúnmente conocemos. Por esta razón, nace el principio de incertidumbre; nos da una visión más exacta de aquello que ignoramos porque no está a simple vista.

Aunque este es su nombre más común, se le conoce también como principio de incertidumbre de Heisenberg; y es bautizado así por el científico que construyó esta teoría: Werner Heisenberg. Su enunciado afirma que no es posible determinar la posición, momento y velocidad de una partícula en un mismo instante. Cuando se conoce el valor de una de estas variables, se desconoce el valor de las otras.

Sin embargo, aunque al comienzo su mayor aplicación fue de ámbito científico, con lo años esto cambió. Su interpretación permitió que fuera útil en áreas de ciencias sociales y humanísticas. Los filósofos son grandes seguidores de esta premisa.

¿Qué es el principio de incertidumbre?

De manera general, el principio de incertidumbre habla de aquello que no se puede predecir. Y dentro de la física y la mecánica cuántica, ha logrado explicar la manera en que trabaja el mundo cuántico. Su enunciado real hace referencia a que es imposible saber la posición, momento y velocidad de una partícula subatómica en un momento determinado.

Es fácil conocer y estudiar todo aquello que pertenece al mundo macroscópico que conocemos. Pero si hablamos de lo microscópico, se tiene que es fácilmente alterable. Las partículas que lo componen, tienen un comportamiento impredecible; esto las lleva a moverse en cualquier dirección y no permanecen nunca en la misma posición. Por esto, no resulta fácil estudiarlas.

Principio de incertidumbre

Con esto, se estable que, si se conoce alguna de las variables, se desconoce el valor del resto. De por sí, no es posible determinar la trayectoria real que tiene una partícula. Cuando se observan, los resultados obtenidos son erróneos o inconclusos. Por eso, se trabaja con aproximaciones.

Una de las maneras de ejemplificar esta teoría, es con una pelota de goma. Cuando se lanza y choca contra una superficie, esta puede cambiar su dirección. Este hecho es impredecible, ya que no se puede determinar hacia qué dirección saldrá tras haber chocado.

Historia del principio de incertidumbre

Werner Heisenberg fue un físico originario de Alemania, que formuló el principio de incertidumbre. Durante el año 1925, estuvo realizando trabajos de investigación dentro del instituto de Niels Bohr, en Copenhague. Fue en este momento, que dio una visión más sólida y novedosa de lo que sería la mecánica cuántica que conocemos en la actualidad.

Al inicio de sus observaciones pudo detallar que las nociones de física clásica, no eran útiles para resolver problemas a nivel cuántico. Y sustentó esta afirmación, en el hecho de los electrones no poseen orbitas definidas.

Principio de incertidumbre

A partir de este momento, empieza a construcción de su postulado que revolucionará la ciencia. Dentro de este, hacía mención de la transformación de Fourier, y como no existía presencia de frecuencias clásica, lo que demostraba que la trayectoria de una partícula subatómica no puede conocerse a ciencia cierta.  Hace énfasis en que esto no involucraba frecuencias clásicas, imposibilitando que se pudiera conocer la trayectoria real de una partícula. Esto da lugar al enunciado que declara que la posición o velocidad de un electrón no se puede determinar.

Como tal, el principio de incertidumbre es presentado dentro del documento para 1926. Y lo formula tomando en cuenta la no conmutatividad, que se considera como implicación directa de esta teoría. Es así, como declara que cuando dos variables no conmutan, no es posible medirlas simultáneamente. Y se establece que no es posible determinar la posición, dirección y velocidad de una partícula en un mismo instante.

Ya para el año 1927, su trabajo ve la luz, y se conoce oficialmente el postulado bajo el nombre del principio de incertidumbre de Heisenberg. Mientras que el trabajo de investigación se publica como “Sobre el contenido perceptivo de la cinemática y mecánica teórica cuántica”. Este se considera como una de las publicaciones más importantes de la vida de este científico, brindando un nuevo sentido a la vida.

Explicación cualitativa del principio de incertidumbre

El principio de incertidumbre ha podido ser explicado desde distintas perspectivas. Y esto ha sido la clave para conocer realmente cómo funciona el mundo cuántico. A simple vista, no se puede observar el comportamiento de un electrón. Por eso, es necesario el uso de fotones, los cuales permiten obtener información de la partícula en un momento específico.

Principio de incertidumbre

Para que sea posible extraer datos del electrón de esta manera, ocurrirá un choque de fotón. Esto solo provocará que tanto la posición como la velocidad sufran una alteración. Pero esta no puede ser prevista, por lo que solo se mantiene la información del momento en que ocurrió el choque.

Se considera, que a pesar de ser una premisa válida, es un poco incierta. Sin embargo, logra explicar desde un punto de vista más sencillo como funciona el principio. El hecho de observar la partícula, se considera un proceso invasivo. Esto conlleva a la alteración del sistema. Tras realizar el experimento, se obtienen datos, pero no son exactos. Los sistemas cuánticos son microscópicos, por lo que se sabe que los métodos físicos que se conocen siempre implican una alteración del sistema.

Explicación matemática del principio de incertidumbre

Las magnitudes también son conocidas dentro del mundo cuántico como operados. En la mecánica cuántica, un espacio infinito también se conoce bajo el nombre de espacios de Hilbert. Y, a su vez, dentro de estos se pueden encontrar operadores autoadjuntos que hacen referencia a magnitudes propias de las partículas subatómicas, como la velocidad, distancia o espín.

La conmutación de dos operados, equivale a reconocer que estos poseen funciones propias en común. Pero cuando se habla de operadores como momento y velocidad, se dice entonces que estos no son conmutables. La razón es que no poseen ninguna función propia en común. De esta manera, se afirma el enunciado del principio de incertidumbre; se toma en cuenta que posición, momento y velocidad son operadores no conmutables.

El principio de incertidumbre en distintos contextos

En la actualidad, se ha comprobado que el principio de incertidumbre no solo se limita a la física cuántica y áreas relacionadas. También se ha expandido su aplicación a otras ciencias, sobre todo de ámbito social. Es así, como se ha explicado que este teorema afirma que no es posible predecir la ocurrencia de un evento. Las decisiones y acciones de una persona, alterarán el resultado.

Principio de incertidumbre

En el momento en que se presenta una situación, las consecuencias de esta no pueden ser completamente afirmadas. Es por eso, que se declara que el principio de incertidumbre da cabida a múltiples posibilidades a partir de un solo evento. Aunque no mencionan directamente al principio de incertidumbre, si existe una relación muy estrecha con este.

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