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Principio de Incertidumbre de Heisenberg




Principio que revela una característica distinta de la mecánica 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 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 momento (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, el producto de esas incertidumbres en los cálculos no puede reducirse a cero.
La precisión máxima está limitada por la siguiente expresión:
Dx Dp mayor o igual que h/2p, donde la h es la constante de Planck, DeltaX es la desviación estándar de la posición, y Delta P es el momento.

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 lineal.

Muy básicamente El Principio de Incertidumbre nos dice que el simple hecho de aplicar un haz de luz cualquiera a una partícula para poder observar su velocidad y cantidad de movimiento hará que ese haz de luz rebote contra la partícula y modifique los valores observados, por lo que los valores en condiciones de “oscuridad” que no vemos serán distintos a los tomados cuando si aplicamos la luz para observarlo. Por eso Heisenber lo llama incertidumbre, por que nunca se podrá conocer a ciencia cierta y con total precisión la cantidad de movimiento y la velocidad de la partícula gracias a los agentes exteriores. En resumidas cuentas observar es modificar y vamos a ver si solamente es a nivel subatómico.



Ejemplifiquemos.

Tenemos un niño que juega al fútbol el sábado por la mañana y le pide a su padre que vaya a verlo jugar, el simple hecho de que su padre esté observándolo hará que las condiciones del partido cambian forzadamente a como estarían si su padre no estuviese por que el niño se esforzará en agradar y demostrarle al padre lo bien que juega. Ahora, si el padre no estuviese en el partido, su hijo seguiría jugando pero… ¿verdad que no del mismo modo…?

Un ejemplo muy burdo pero que hará comprender de manera muy sencilla lo más básico de éste principio.




link: http://www.youtube.com/watch?v=MoF4iMSC3jY



Werner Karl Heisenberg nació el 5 de diciembre de 1901 en Würzburgo y estudió en la Universidad de Múnich. Inclinado desde joven hacia las matemáticas, y en menor medida por la física, intenta en 1920 empezar un doctorado en matemática pura, pero Ferdinand von Lindemann lo rechaza como alumno porque está próximo a jubilarse. Le recomienda hacer sus estudios de doctorado con el físico Arnold Sommerfeld como supervisor, quien lo acepta de buen grado. Tiene como compañero de estudios a Wolfgang Pauli.

Durante su primer año toma esencialmente cursos de matemática con la idea de pasarse a trabajar en teoría de números apenas tenga la oportunidad, pero poco a poco empieza a interesarse por la física teórica. Intenta trabajar en la Teoría de la Relatividad de Einstein y Pauli le aconseja que se dedique a la Teoría Atómica en la que todavía había gran discrepancia entre teoría y experimento.
Obtiene su doctorado en 1923 y enseguida viaja a Gotinga, donde trabaja como asistente de Max Born. En 1924 viajó a Copenhague y conoció a Niels Bohr.
Durante sus estudios en la Universidad de Múnich, Heisenberg se decantó decididamente por la física, sin renunciar a su interés por la matemática pura. En aquellos momentos, no obstante, la física se consideraba esencialmente una ciencia experimental y la falta de habilidad de Heisenberg para los trabajos de laboratorio complicarían el proceso de su doctorado. Arnold Sommerfeld, su director de tesis, reconocía sus extraordinarias capacidades para la física matemática pero había una cierta oposición a su graduación por causa de su inexperiencia en física experimental. Finalmente, Heisenberg se doctoró en 1923, presentando un trabajo sobre turbulencia de los fluidos. En estos años de doctorado conoció a Wolfgang Pauli, con quien colaboraría estrechamente en el desarrollo de la mecánica cuántica.
De Múnich, Heisenberg pasó a la Universidad de Gotinga, en donde enseñaba Max Born y en 1924 pasó al Instituto de Física Teórica de Copenhague dirigido por Niels Bohr. Allí Heisenberg conoció entre otros prominentes físicos a Albert Einstein e inició su período más fecundo y original, que dio como resultado la creación de la mecánica de matrices. Este logro se vería reconocido con la consecución del Premio Nobel de Física del año 1932.
Uno de los resultados más llamativos de la mecánica de matrices, es que la multiplicación de matrices no es conmutativa, por lo que toda asociación de cantidades físicas con matrices tendrá que reflejar este hecho matemático. Esto lleva a Heisenberg a enunciar el Principio de indeterminación.
Falleció el 1 de febrero de 1976 en Múnich.





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