El principio de incertidumbre de Heisenberg
es una del puñado de ideas de la física cuántica
adoptada por la cultura popular.
Establece que nunca puedes determinar simultáneamente
la posición y la velocidad exactas de un objeto
y sirve de metáfora para todo,
desde la crítica literaria hasta los comentarios deportivos.
La incertidumbre se explica a menudo como resultado de la medición,
que la acción de medir la posición de un objeto
cambia su velocidad o viceversa.
La verdadera causa es mucho más profunda y sorprendente.
El principio de incertidumbre existe porque en el universo todo se comporta
como partícula y como onda al mismo tiempo.
En la mecánica cuántica,
la posición y velocidad exactas de un objeto no significan nada.
Para entenderlo,
tenemos que pensar lo que significa comportarse como partícula o como onda.
Por definición, las partículas existen en un
único lugar en cualquier instante de tiempo.
Podemos representarlo en un gráfico que
muestre la probabilidad de encontrar el objeto en un lugar determinado,
que parecerá una punta, 100% en una posición específica
y cero cualquier otra posición.
Las ondas por otra parte, son alteraciones que se propagan en el espacio
como las ondas en la superficie de un lago.
Podemos fácilmente identificar las características propias de su patrón
y, más importante, su longitud de onda,
que es la distancia entre dos crestas consecutivas
o dos picos negativos consecutivos.
Pero no podemos asignarle una sola posición.
Hay una buena probabilidad de que esté en muchos sitios diferentes.
La longitud de onda es esencial para la física cuántica,
porque la longitud de onda está asociada a su momento,
la masa por la velocidad.
Un objeto a gran velocidad presenta un mayor momento,
lo que corresponde a una longitud de onda muy corta.
Un objeto pesado tiene mucho momento incluso a poca velocidad
lo cual también significa una longitud de onda muy corta.
Por eso no notamos la naturaleza de onda de los objetos cotidianos.
Si lanzas una pelota de béisbol al aire,
la longitud de onda
es una mil millonésima de una billonésima de billonésima parte de un metro,
demasiado pequeña para ser detectada.
Cosas pequeñas como los átomos o los electrones, sin embargo,
pueden tener una longitud de onda lo suficientemente grande
como para poder ser medidas en experimentos.
Si tenemos una onda pura podemos medir su longitud
y por ende, su momento, pero no tiene posición.
Podemos determinar la posición de una partícula,
pero al no tener longitud de onda no podemos medir su momento.
Para conseguir una partícula con su posición y momento,
debemos mezclar los dos dibujos,
para crear un gráfico que tenga ondas, pero solo en un área reducida.
¿Cómo hacemos esto?
Combinando ondas con diferentes longitudes de onda,
lo que significa darle a nuestro objeto cuántico
alguna posibilidad de tener un momento diferente.
Cuando tenemos dos ondas, observamos que hay sitios
donde las crestas se alinean creando una onda más grande,
y otros donde la crestas de una coinciden con los valles de otra.
Como resultado se crean áreas donde vemos ondas,
separadas por áreas que no presentan ninguna.
Si agregamos una tercera onda,
las áreas que no presentan ondas se agrandan;
añadimos una cuarta y el área sigue creciendo,
mientras que las áreas con ondas se estrechan.
Si seguimos agregando ondas creamos un grupo de ondas
con una clara longitud de onda en una pequeña región.
Esto es un objeto cuántico con dualidad onda-partícula,
pero para lograrlo necesitamos perder certidumbre
sobre su posición y momento.
Su posición no se limita a un solo punto.
Existe la posibilidad de encontrarla
en un rango a cierta distancia del centro del grupo de ondas.
El grupo de ondas se creó agregando muchas ondas,
lo que significa que es muy probable encontrarla
con el momento correspondiente a cualquiera de esas ondas.
Tanto la posición como su momento son ahora indeterminados
y las incertidumbres están relacionadas.
Si quieres reducir la incertidumbre de la posición,
haciendo el paquete de ondas cada vez más pequeño, tienes que añadir ondas
lo que crea mayor incertidumbre del momento.
Si quieres determinar mejor el momento, necesitas un grupo de ondas más grande,
o sea, mayor incertidumbre para la posición.
Ese es el principio de incertidumbre de Heisenberg,
formulado por primera vez en 1927 por el físico alemán Werner Heisenberg.
Esta incertidumbre no se debe a buenas o malas mediciones,
sino que es la consecuencia inevitable de la dualidad partícula-onda.
El principio de incertidumbre no es solo un límite práctico de la medición.
Es un límite de las propiedades que un objeto puede tener,
inherente a la estructura básica del universo mismo.