El principio de incertidumbre fue ideado por Heisenberg en la década de 1920 y le valió al científico el Premio Nobel de Física en 1932.
El Principio de Incertidumbre es uno de los conceptos primordiales en el estudio de la física cuántica . De acuerdo con este principio, no hay forma de determinar con precisión las partículas cuánticas , es decir, el comportamiento de cantidades tales como átomos y moléculas, cuando se estudian en sistemas de escalas reducidas.
Según este principio, no es posible medir al mismo tiempo las medidas de posición y la cantidad de movimiento, porque cuando se conoce una de ellas, se pierde la información de la otra. En este caso, lo máximo que puede ocurrir es el cálculo de las probabilidades de dónde y cómo se comportarán los mecanismos.
Cómo funciona el principio de incertidumbre
El principio de incertidumbre se aplica a las cantidades de impulso y posición, así como a las cantidades de energía y tiempo.
El concepto establece que la posición x y el momento p de una partícula no se pueden definir con precisión. Así, al multiplicar los errores en las medidas de los valores, el resultado debe ser mayor o igual a la constante de Planck, que mide 6.626 x 10^-34 Js dividido por 2π.
Para entender con más precisión el principio de incertidumbre, es necesario medir la posición de un átomo que, en el proceso, necesitaría que se transfirieran fotones con cierta cantidad de movimiento.
Con esto se determinaría la posición del átomo, sin embargo, en sentido contrario, donde se perdería la precisión de su momento.
Para medir la posición de este átomo sería necesario verlo y, para ello, entraría en juego el principio de la óptica geométrica , es decir, se necesitaría iluminar el objeto de estudio, preferiblemente con una onda luminosa de longitud corta
La física cuántica dice que, en este caso, para medir la posición de un electrón , es necesario enfocar sobre él un fotón con mucha energía, es decir, con mucha frecuencia y poca longitud.
Sin embargo, para iluminar a este electrón, el fotón tiene que chocar con él, modificando su velocidad y haciendo imposible medir su posición con total precisión.
¿Quién fue Werner Heisenberg?
Werner Karl Heisenberg nació en la ciudad de Würzburg, Alemania, el 5 de diciembre de 1901. Inició el curso de Física, en 1920, en Munich.
Un año antes, en 1919, formuló el Principio de Incertidumbre. Su curiosidad trataba de explicar cómo se comportaban los átomos. De esta forma, propuso que la energía no era continua y venía en paquetes (quanta), que la luz podía describirse como una onda en una sola corriente de ese paquete.
En 1923, se convirtió en doctor en la Universidad de Munich. Fue uno de los fundadores de la Mecánica Cuántica. En 1927, comenzó a enseñar física en la Universidad de Leipzig y más tarde recibió el Premio Nobel de Física en 1932 por la creación de la Mecánica Cuántica.
Entre 1942 y 1945 dirigió el Instituto Max Planck y trabajó en el proyector de un reactor nuclear durante la Segunda Guerra Mundial. Sin embargo, el físico estaba en contra del uso de la energía nuclear con fines bélicos.
En 1958, comenzó a estudiar la teoría de las partículas elementales mientras dirigía el Instituto de Física y Astrofísica de Gotinga, que más tarde se trasladó a Múnich.
El científico moriría el 1 de febrero de 1976 en Munich, Alemania.
El Principio de Incertidumbre y sus diferentes aplicaciones
Usando la física clásica, podemos tomar como ejemplo los átomos, que tienen electrones cargados negativamente que orbitan en un núcleo cargado positivamente. La definición más común, entonces, diría que las dos cargas se atraerían entre sí, formando una bola de partículas.
Sin embargo, el principio de incertidumbre de la Física Cuántica explica que la atracción no se produce porque un electrón se acerque rápidamente al núcleo, por lo que se conocería su posición y el error al medir su momento o velocidad sería enorme.
De manera similar, en el centro del Sol, donde los protones se fusionan y liberan suficiente energía para que brille la estrella.
La temperatura en el núcleo del Sol no es lo suficientemente alta para que los protones tengan la energía necesaria para superar su repulsión eléctrica mutua. En ese caso, gracias al principio creado por Heisenberg, pueden romper una barrera de energía.
5 conceptos para entender el Principio de Incertidumbre
El estudio de la Física Cuántica comprende varios fenómenos que involucran el estudio de átomos, moléculas, partículas subatómicas y también la cantidad de energía de estas fuerzas.
Sus principales pensadores fueron Max Planck (quien creó la Constante de Planck), Albert Einstein con su teoría de la relatividad , Rutherford quien identificó el núcleo y las partículas atómicas (protones y electrones), Niels Bohr quien continuó el estudio de Rutherford mejorando el Modelo Atómico y el propio Heisenberg , con el Principio de Incertidumbre.
Para entender el tema de una vez, hicimos un resumen con cinco características de la teoría que te ayudarán.
1 – Es imposible medir con precisión
El principio de incertidumbre dice que no es posible medir con precisión la posición x y el momento p de una partícula. Esto se debe a que, si multiplicamos los errores en las medidas de los valores, el resultado siempre debe ser mayor o igual a la constante de Plank.
2 – ¿Por qué no hay atracción entre los opuestos?
Como se dijo anteriormente, el principio de incertidumbre establece que el electrón, al acercarse demasiado al núcleo, tiene su posición conocida con precisión y, por el contrario, la medida del momento (velocidad) sería muy imprecisa. En ese caso, el electrón abandonaría rápidamente el átomo.
3 – Y en el vacío, ¿hay alguna forma de medir la energía y el tiempo?
Sí. Para la teoría cuántica y la ecuación de Heisenberg, existe una incertidumbre en la cantidad de energía y en el tiempo requerido para el inicio de los procesos. En este sentido, es posible que esta medida sea muy incierta y por periodos de tiempo extremadamente cortos, cuando surgen partículas en el vacío.
4 – La idea principal
En resumen, la teoría cuántica dice que la energía no es continua sino que se divide en paquetes, llamados cuantos. La luz podría describirse como una onda y un flujo de estos paquetes.
5- ¿Cómo medir el comportamiento de las moléculas?
Finalmente, el principio de incertidumbre dice que existe un límite para el estudio del comportamiento de las escalas más pequeñas de la naturaleza, es decir, los átomos y las moléculas, también llamadas partículas cuánticas. Además, lo máximo que se puede hacer es calcular probabilidades de cómo se comportan y dónde se encuentran.
Entonces, ¿qué te pareció el contenido? Entonces, aprende más sobre Física Cuántica