Principio de incertidumbre: La imposibilidad de medir sin fastidiarla

Pues resulta que si mides algo, siempre te equivocarás;) tú con una regla o un científico con la más precisa tecnología. Claro, dicho así es algo heavy, pero el Principio de incertidumbre marcó en la década de los años 20 un antes y un después a la hora de hablar no sólo de física, sino de conocimiento en general: Si es imposible medir con precisión absoluta, ¿es posible un conocimiento verdadero, exacto y objetivo? Casi un siglo después, coexisten aún diferentes interpretaciones válidas del mismo principio que, lo que viene a decirte, es que si mides un objeto no podrás conocer con precisión su posición y su velocidad o cantidad de movimiento.  

Si lo ves, lo alteras

En 1927, un señor alemán llamado Werner Karl Heisenberg enunciaba el famoso Principio de incertidumbre o indeterminación: No es posible medir o conocer con precisión absoluta, simultáneamente, la posición y la velocidad de un objeto o partícula, como pudiera ser un electrón, ya sabes, esas porciones de carga negativa que integran la parte más exterior de los átomos de los que está hecho todo lo que ves.

Los electrones, con carga (-) giran alrededor del
núcleo atómico, con cargas (+) y neutras -protones y
neutrones-. En esta representación ya usada en "El
Orbital" equiparamos el átomo a un huevo frito, con
núcleo-yema y corteza-clara;)

 Es más, el Principio enuncia que cuanto más precisamente conozcas alguna de esas dos variables (posición o velocidad) mayor será la indeterminación o error en la medida de la otra, lo cual, ya te imaginas, es una jodienda importante;)

Un ejemplo clásico es el siguiente: Si quieres conocer dónde demonios está un electrón girando alrededor de un átomo en un momento dado, pos vas y lo miras, claro;) El problema es que, cuando lo “alumbras” para poder ver donde está, esta “luz” le transmite la suficiente energía para que altere su velocidad: Estás viendo donde está el electrón, pero mientras lo estás viendo lo estás acelerando, o lo que es lo mismo, el instrumento de medida fastidia la medición. Como nos movemos a escalas muy pequeñas propias de la física cuántica, el fotón o átomo de luz que usaste para “ver” el electrón, es suficiente para que actúe como una inyección de gasolina que acelera la partícula a medir.

 “Probabilidad de”

Así pues, en mecánica cuántica, desde la enunciación del Principio, conceptos como el  de “posición” han sido sustituidos por el de “probabilidad”: La probabilidad de encontrar a la partícula en cuestión en un lugar en un momento dado, con regiones en el espacio con grandes probabilidades y otros con pocas probabilidades de contener esta partícula, o lo que sea;)

Buceando en este concepto nace el de “orbital” que da nombre a este blog;): Como  ya no puede hablarse de trayectorias ni órbitas equiparables a las de la física tradicional propia de la escala del mundo que ves, a escalas atómicas, más allá de lo distinguible por el microscopio, se conoce como orbital al espacio alrededor del núcleo del átomo donde aumentan las probabilidades de encontrar un electrón.

Las regiones con mayores probabilidades de encontrar un
electrón girando alrededor del núcleo de un átomo reciben
el nombre de orbitales y cuentan con formas espaciales
características, algunos circulares y otros en forma de
lóbulos.

También desde el principio se extrapoló la incertidumbre o imposibilidad de la medida 100% precisa al mundo macroscópico que nos rodea. Si es imposible medir la posición y velocidad de un electrón, también lo ha de ser para medir la velocidad o posición, qué se yo, de un coche. Y así es: En el momento en que alumbras un automóvil para poder verlo, estás modificando los átomos que los componen, lo que equivale a decir que alteras el coche en si. Y quien dice un coche, dice todo lo demás: La medición altera lo medido.

Si la medida precisa no existe, ¿qué pinta la Ciencia?

Desde entonces, diferentes corrientes de pensamiento han eliminado todo determinismo de la Ciencia. La Ciencia había nacido para conocer con “exactitud”, algo que la propia Ciencia se ha encargado de descubrir como inalcanzable. El conocimiento preciso y objetivo no existe.

Obviamente, en el mundo macroscópico que te rodea, la cantidad de “error” introducida en las medidas debido al Principio de incertidumbre es, muy habitualmente, despreciable, por lo que la física tradicional del mundo que te rodea y la Ciencia siguen funcionando muy bien, tanto para explicar el mundo en el que vives como para desarrollar nuevas tecnologías. Mientras, la física cuántica también ha sabido adaptarse a la indeterminación postulada con quiebros como el referido concepto de la “probabilidad”.

Otra cosa es el Conocimiento con mayúsculas y el debate filosófico posterior: ¿Es posible conocer sin alterar, a la vista del Principio de incertidumbre?, al igual que aquella pregunta que te hacías al leer el post Ver el Pasado es Posible: ¿Es posible conocer el presente?

Las sombras de la caverna: Partículas vs ondas

Aquí el debate sigue abierto, mientras coexisten diferentes interpretaciones teóricas válidas del propio Principio. Una de ellas, la planteada por Stephen Hawking, postula que la física cuántica es determinista en sí misma y que la “aparente” indeterminación a la hora de medir posición y velocidad vendría motivada por la propia naturaleza de las partículas a las que trata de aplicarse esos conceptos: No existirían partículas sino ondas, por lo que no procede hablar de posición ni velocidad clásicas. Tratar de “hacer casar” estos conceptos en partículas que no son sino ondas es lo que provocaría esta “aparente”, dice Hawking, indeterminación.

La dualidad onda partícula fue propuesta por Louis Broglie también en los años 20. Al igual que en el mito de la caverna de Platón, los encerrados en la cueva se esforzaban por encontrar determinismos en la sucesión de sombras, mientras la realidad era otra distinta: Lo que percibimos como partículas y materia no sería sino una forma de interpretar las ondas y la energía, energía que, por cierto, Einstein puso en su fórmula más famosa al otro lado del igual de la materia.