La física cuántica es una disciplina intimidante, de eso no hay duda. Conformando esa gran teoría se encuentran un sinfín de principios que, aunque inicialmente puedan resultar enrevesados y complicados, resultan ser de lo más emocionantes y curiosos a la hora de observar el mundo desde una perspectiva muy diferente. Uno de ellos es, concretamente, el Principio de Incertidumbre de Heisenberg. Se trata de un principio formulado por el físico alemán y ganador del Nobel Werner Heisenberg a principios del siglo XX que revela una característica esencial del mundo subatómico: la indeterminación.
LA EVOLUCIÓN CUÁNTICA
Pero para entender plenamente el impacto que tuvo este principio sobre la física moderna, debemos retroceder hasta finales del siglo XIX, cuando los físicos comenzaron a observar ciertos fenómenos al microscopio a los que no conseguían dar explicación. La teoría atómica de Jonh Dalton y la visión de Niels Bohr del átomo proporcionaron modelos iniciales que se adaptaban bien a ciertos comportamientos observados, pero no explicaban por completo ciertos resultados, como aquellos que incluían el efecto fotoeléctrico o la difracción de electrones.
Sin embargo, en la década de 1920, la solución a estos dilemas comenzó a tomar forma guiada por mentes tan brillantes como la de Max Planck, Albert Einstein, Max Born y, por supuesto, Werner Heisenberg. Los avances en la comprensión de la naturaleza dual de las partículas (es decir, las partículas pueden comportarse simultáneamente como corpúsculos y como ondas), presentada por Louis De Broglie, y la formulación de la ecuación de onda (es decir, la probabilidad de encontrar una partícula se describe con una función de onda, haciéndose imposible la determinación precisa de una posición) por Erwin Schrödinger, sentaron las bases para el nacimiento de la teoría cuántica.
Por su parte, Werner Heisenberg, en 1927, introdujo su Principio de Incertidumbre, sellando un hito en la evolución de la física. Con esta idea, el físico alemán alegó que era imposible conocer con precisión tanto la posición como el momento de una partícula en un momento dado: uno de los dos debía ser indeterminado. Este principio no solo fue una consecuencia de la naturaleza cuántica de las partículas, sino que también reveló las limitaciones reales para medir con exactitud esos elementos subatómicos.
EL PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE
Así, el Principio de Incertidumbre afirma que no se puede conocer, simultáneamente y con precisión, ciertos pares de variables físicas, como son, por ejemplo, la posición y el momento de un objeto dado. Para entender mejor qué significa esto hay que tener en cuenta que, en el Universo cuántico, todas las partículas se comportan como corpúsculos y ondas al mismo tiempo.
Las partículas, por ser pequeños “sólidos”, pueden estar en un solo lugar en un momento dado, siendo completamente posible determinar el punto en el que se encuentran. Por otro lado, las ondas son como perturbaciones que se extienden en el espacio, algo así como las de una piedra que cae sobre un lago, por lo que se vuelve mucho más complicado decir en qué sitio se encuentran exactamente pues, al final, se están desplazando de forma simultánea por varios puntos. Es decir: las partículas pueden tener una posición definida, pero las ondas no, pudiendo estar en varios lugares al mismo tiempo.
En física cuántica, se plantea que una partícula se puede comportar de forma simultánea como un corpúsculo y como una onda y, en este contexto, existe una variable que cobra mucha importancia, la longitud de onda, la cual está directamente vinculada al movimiento de la partícula. Si una partícula se mueve muy rápido, o si tiene una masa muy grande, posee una longitud de onda muy corta, pero si se mueve lento o es minúscula, presentará una longitud de onda grande. Este es justamente el motivo por el cual no notamos el comportamiento de onda de objetos cotidianos: son tan grandes y pesados que su longitud de onda es muy muy corta.
Ahora bien, el dilema aparece a la hora de medir partículas pequeñas, pues su diminuto tamaño y masa deriva en longitudes de onda lo suficientemente grandes como para ser medidas. Pero aquí está la trampa: si sabemos la longitud de onda, nos iremos al caso de la onda y perderemos la capacidad de decir exactamente dónde está la partícula. Si por el contrario, escogemos saber dónde está la partícula, perderemos información sobre su longitud de onda. Esta mezcla de comportamientos fue, justamente, lo que dedujo Heisenberg, plasmándolo en su famoso principio.
IMPLICACIONES EN EL MUNDO CUÁNTICO
Pero ¿cómo se materializa ese principio abstracto en el mundo que nos rodea? Pues bien, aunque parezca irreal, el Principio de Incertidumbre ha sido la fuerza que ha impulsado grandes innovacionestecnológicas en el campo de la informática y las innovaciones. La tecnología cuántica, basada en la teoría que lleva su nombre, promete revolucionar la forma en la que procesamos y transmitimos información.
Por otro lado, en el ámbito de la investigación, el Principio de Incertidumbre ha influido en el desarrollo de técnicas de microscopía cuántica. Se trata de técnicas que permiten la observación y la manipulación de partículas a escalas diminutas, proporcionando información valiosa sobre la estructura y el comportamiento de la materia a niveles cuánticos. También en el sector de la medicina y la fisiología las aplicaciones de la física cuántica han dejado grandes avances. Por ejemplo, la resonancia magnética utiliza principios cuánticos para obtener imágenes detalladas del interior del cuerpo humano, proporcionando información vital sobre el diagnóstico y el tratamiento de diversas condiciones médicas.
En nanotecnología, es decir, la disciplina que abarca la manipulación de materiales a nivel atómico y molecular, se beneficia también de la cuántica a la hora de trabajar a escalas tan diminutas. En este contexto, esta disciplina se ha convertido en un campo realmente prometedor para el diseño y la fabricación de materiales avanzados.
