El principio de la incertidumbre (1)

 El principio de la incertidumbre (1)

Después de haber escrito sobre Heisenberg alrededor de la serie televisiva Breaking bad me ha parecido conveniente, enseriar un poco el tema, aunque ya este año puede también presagiarse como “una cosa seria”… Por basta un ojo para ver las cosas.¡Ni que fuésemos cíclopes!…  Así que, aquí, no de una vez sino en dos partes (1 y 2) trataré de conversar sobre “el principio de Heisenberg”…

El principio de incertidumbre fue descubierto por Heisenberg en 1927 y sabemos que es fundamental en la física cuántica pero fue también es clave en el desarrollo de la mecánica cuántica así como en el desarrollo del pensamiento filosófico moderno. Se puede definir con este hecho: “Una partícula no tiene una posición o una velocidad determinadas, sino muchas a la vez”. 

 

La fórmula del principio de incertidumbre de Heisenberg -premio Nobel de Física en 1932 “por la creación de la mecánica cuántica”, implica que cuanto mayor es la precisión sobre la posición de una partícula, con menos precisión podemos saber su velocidad; y viceversa. Es interesante saber que una manera de interpretar el famoso principio de Heisenberg es considerar que el mundo microscópico es intrínsecamente incierto. Frase por demás interesante…

Hay diversas maneras de interpretar el principio de Heisenberg (vg. el mundo microscópico es intrínsecamente incierto). Una partícula no tiene una posición o una velocidad determinadas, sino muchas a la vez. En la famosa la metáfora del gato de Schrödinger (https://bit.ly/30Tt56V). Un gato (metáfora de una partícula) encerrado en una caja sellada estará vivo y muerto a la vez, hasta que no abrimos la caja para comprobarlo (es decir, medimos el estado de la partícula).

Erwin Schrödinger (1887–1961) fue Premio Nobel de Física en 1933 por haber desarrollado aquella ecuación, la de Schrödinger, que le valió compartir el Nobel con Paul Dirac. A Schrödinger se le conoce más por su huella en la cultura popular que por su verdadera contribución a la ciencia. El gato de Schrödinger es un experimento mental, a veces descrito como una paradoja, que fue ideada por el físico austriaco-irlandés Schrödinger en 1935, durante el curso de discusiones con Albert Einstein. El experimento ilustra lo que él vio como el problema de la mecánica cuántica de Heisenberg (https://bit.ly/31PRLg0) quien ya es famoso por su principio, pero Schrödinger lo es por su gato que inspiró una revolución en la biología; se anticiparía a la idea de debe existir un “código genético”, diez años antes del gran descubrimiento de Watson y Crick.

El principio de incertidumbre nos dice que no podemos medir simultáneamente y con precisión un par de magnitudes conjugadas. Es decir, nada impide que midamos con precisión infinita la posición de una partícula, pero al hacerlo tendremos una infinita incertidumbre sobre su momento. El principio de incertidumbre asegura que el mero hecho de observar una partícula la modifica sin remedio.

La fórmula de Heisenberg implica que cuanto mayor es la precisión con la que se conoce la posición de una partícula, con menos precisión podemos saber su velocidad; y viceversa.  Relacionando el principio de incertidumbre con la Psicología, el principio de Heisenberg supone que la materia es dinámica y no es por completo predecible, sino que está en continuo movimiento por lo que no es posible medir determinado aspecto sin tener en cuenta el hecho de que al medirlo alteraremos otros. Este Principio supone un cambio básico en nuestra forma de estudiar la Naturaleza, ya que se pasa de un conocimiento teóricamente exacto (o al menos, que en teoría podría llegar a ser exacto con el tiempo) a un conocimiento basado sólo en probabilidades y en la imposibilidad teórica de superar un cierto nivel de error.

No se pueden determinar, simultáneamente y con precisión arbitraria ciertos pares de variables físicas, como son, por ejemplo, la posición y el momento lineal de un objeto dado. Hay que recordar que el principio de incertidumbre es inherente al universo, no al experimento ni a la sensibilidad del instrumento de medida.

Por otra parte, las partículas en física cuántica no siguen trayectorias bien definidas. No es posible conocer el valor de las magnitudes físicas que describen a la partícula antes de ser medidas. Por lo tanto es falso asignarle una trayectoria a una partícula. Todo lo más que podemos es decir que hay una determinada probabilidad de que la partícula se encuentre en una posición más o menos determinada.

Al establecer su célebre principio de indeterminación, Werner Heisenberg discutió la posibilidad de una causalidad mecánica y cerrada en el ámbito de la física. Eso rompía dramáticamente con toda explicación clausurada, en términos de causas y efectos unidireccionales, del mundo. La exactitud con la que se puede medir es limitada, no depende del aparataje empleado, que podría ser hipotéticamente perfecto, sino del hecho mismo de medir, porque la medida de algo depende de la forma en que se mide y no del objeto medido.

A la distancia, por ejemplo, le es indiferente que se mida en kilómetros o en millas porque esto no la cambia, pero el resultado varía si se utiliza un método u otro y, con ello, la valoración de la misma. Ello no anula la validez de la física clásica, pero matiza su exactitud: la mecánica clásica pretende trabajar con magnitudes perfectamente medibles, por lo que supone que se puede conocer la medida exacta de lo que fuere y en cualquiera de sus aspectos. Por ello puede postular una visión determinista e invariante de lo real.

Se ha cuestionado la idea de que el principio de incertidumbre realmente anule el determinismo, pero ello implica la aceptación de una idea algo extraña: de que en realidad no existen posiciones, masas o velocidades de partículas sino solo ondas perfectamente cuantificables. De este modo, la indeterminación de cualquier sistema sería solo aparente. La idea, sin embargo, no modifica el problema intuitivo de la alteración de un sistema al medirlo. Además, el cambio de partículas a ondas no resuelve la cuestión del cierre epistemológico de la física, tal y como planteó Erwin Schrödinger, quien ideó en 1935 el archiconocido experimento mental del gato.

Imaginemos al animal metido dentro de una caja opaca equipada con un dispositivo conformado por una ampolla de vidrio que contiene un veneno volátil, y un martillo sujeto sobre la ampolla, de modo que si cae sobre ella la romperá, haciendo escapar el veneno. Para garantizar la autosuficiencia del sistema, el martillo, a su vez, ha sido conectado a un mecanismo detector de partículas alfa, de modo que si es alcanzado por una de ellas se activará y caerá. Junto al detector situamos un átomo radiactivo con un 50% de probabilidades de emitir una partícula alfa en el curso de una hora. Se cierra la caja y se espera. Al cabo de esa hora habrá ocurrido uno de dos sucesos posibles: o bien el átomo ha emitido una partícula alfa y activado la trampa venenosa, o bien no la ha emitido. En consecuencia, el gato estará vivo o muerto. Lo interesante es que no se puede saber qué ha sucedido sin abrir la caja.

NOTA: esta historia que puede sonar disparatada continuará mañana …

Maracaibo lunes 10 de enero del año 2022