O Princípio de Incerteza de Heisenberg é uma das ideias da física quântica
que foram adotadas pela cultura popular.
Ele diz que você nunca pode saber ao mesmo tempo a posição exata
e a velocidade exata de um objeto e é usado como uma metáfora
em situações desde a crítica literária até o comentário esportivo.
A incerteza é geralmente explicada como uma consequência da mensuração,
o ato de medir a posição de um objeto muda sua velocidade e vice-versa.
A causa real é muito mais profunda e mais surpreendente:
O Princípio da Incerteza existe porque tudo no universo
se comporta como uma partícula e uma onda ao mesmo tempo.
Na mecânica quântica, a posição exata e a velocidade exata de um objeto
não têm sentido.
Para entender isso,
precisamos pensar no que significa
o comportamento de partícula ou onda.
Partículas, por definição, existem em um único lugar a todo instante no tempo.
Podemos representar isso num gráfico que mostra a probabilidade
de encontrar o objeto em um determinado lugar.
O gráfico apresenta um pico,
de 100% em uma posição específica, e zero nos outros lugares.
Ondas, por outro lado, são perturbações que se propagam expandindo no espaço,
como as ondulações na superfície de um lago.
Podemos facilmente identificar características
do padrão de onda como um todo,
principalmente o comprimento de onda,
que é a distância entre dois picos consecutivos ou dois vales consecutivos.
Mas não podemos dar a eles uma única posição.
Há uma grande chance
de ele estar em vários lugares diferentes.
O comprimento de onda é essencial na física quântica
pois o comprimento de onda de um objeto
está associado ao seu momento linear,
massa vezes a velocidade.
Um objeto a alta velocidade tem momento linear grande,
que corresponde a um comprimento de onda muito curto.
Um objeto pesado tem momento grande mesmo a baixa velocidade,
e também tem um comprimento de onda muito curto.
É por isso que não percebemos
a natureza ondulatória dos objetos cotidianos.
Se você lançar uma bola de beisebol, o comprimento de onda dela será
um bilionésimo de trilionésimo de trilionésimo de um metro,
minúsculo demais para ser detectado.
Mesmo assim, coisas pequenas, como átomos ou elétrons,
têm comprimento de onda suficientemente grandes
para serem medidos em experimentos de física.
Assim, se temos uma onda pura, podemos medir seu comprimento de onda,
e portanto seu momento, mas ela não possui uma posição.
Podemos até saber a posição de uma partícula,
mas elas não têm um comprimento de onda,
portanto não sabemos seu momento.
Para ter uma partícula com posição e também momento,
precisamos misturar as duas coisas,
construindo um gráfico que tem ondas, mas apenas em uma pequena área.
Como se faz isso?
Combinando ondas de comprimento de ondas diferentes,
isto é, dando ao objeto quântico a possibilidade de ter
vários momentos diferentes.
Quando juntarmos duas ondas,
descobrimos que há locais
onde os picos se alinham, formando uma onda maior,
e locais onde os picos de uma coincidem com os vales da outra.
A resultante terá regiões onde vemos ondas separadas por regiões sem nada.
Se adicionarmos uma terceira onda,
as regiões onde as ondas se cancelam ficam maiores,
mais uma e os vazios serão ainda maiores, e as regiões onduladas mais estreitas.
Se continuarmos juntando ondas, teremos um pacote de onda,
com um comprimento de onda nítido em uma pequena região.
Teremos um objeto quântico com natureza simultânea de onda e partícula.
Mas para conseguir isso, foi preciso abrir mão da certeza
tanto da posição quanto do momento.
A posição não está restrita a um único ponto.
Há uma boa probabilidade de encontrá-lo dentro de uma região
perto do centro do pacote de onda.
Nós construímos o pacote de onda juntando várias ondas,
ou seja, há probabilidade de encontrá-lo com um momento
igual ao momento de qualquer uma dessas ondas.
A posição e o momento agora são indeterminados,
e essas incertezas estão ligadas.
Se você quiser reduzir a incerteza na posição
fazendo um pacote de ondas menor, é preciso adicionar mais ondas,
o que implica em maior incerteza no momento.
Já um pacote de ondas maior
permitirá conhecer melhor o momento, o que implica
maior incerteza na posição.
Esse é o Princípio de Incerteza de Heisenberg,
enunciado pelo físico alemão Werner Heisenberg em 1927.
Tal incerteza não é uma questão de medir bem ou mal,
mas um resultado inevitável
da combinação das naturezas de partícula e de onda.
O Princípio de Incerteza não é apenas um limite prático de mensuração.
É um limite das propriedades que um objeto pode ter,
é parte integrante da estrutura fundamental do universo.