Heisenberg y la incertidumbre cuántica

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Pablo Cerezal

@pablo_cerezal

Un músico interpreta sobre el escenario una de las canciones que le han hecho famoso. No se mueve, permanece estático susurrando acordes al micrófono. La sala en que canta es lo suficientemente amplia para acoger en su interior a un puñado de miles de personas, y está llena a rebosar. Cada espectador puede comprobar el lugar exacto en que se encuentra el cantante. Pero su voz emite vibraciones, ondas que, además de sónicas son emocionales para cada uno de los espectadores, desde el más cercano al más alejado del escenario. Podemos concretar dónde se encuentra el músico, pero no podemos, a la par, averiguar el alcance de las ondas que provoca.

En 1927, el físico alemán Werner Karl Heisenberg (1901-1976) revolucionó el estudio de la aún casi recién nacida mecánica cuántica al formular lo que, desde entonces, se conoce como Principio de Incertidumbre. Hablar de cuántica puede intimidar, debido a la complejidad de los análisis que componen dicha disciplina científica, más si pensamos que Heisenberg la apuntaló fijando su principio como ΔpΔx ≥ h.

La cuántica nos ha enseñado que todas y cada una de las partículas tienen un doble comportamiento simultáneo, como corpúsculos y como ondas. Cuando hablamos de corpúsculos nos referimos a pequeños cuerpos sólidos que, como tales, pueden estar en un solo lugar en un momento determinado. Dicho lugar en que se sitúan en el momento analizado es, por tanto, perfectamente posible de ser determinado. Sin embargo, en su faceta de ondas, ya no resulta tan fácil determinar dónde se encuentra una partícula.

Las ondas son perturbaciones que se expanden en el espacio como lo hacen aquellas que provoca en el agua de una piscina el flotador que acabamos de lanzar sobre su superficie. Si consideramos que el flotador es una partícula, pero también las ondas que provoca al caer sobre el agua y que se desplazan de manera simultánea por distintos puntos, comprenderemos la dificultad de determinar el lugar exacto donde se encuentra.

La Constante de Planck explica el comportamiento de las partículas relacionando la energía y la frecuencia de los protones

En diciembre de 1900, otro físico alemán, Max Planck (1858-1947) exponía en la Sociedad Alemana de Física un descubrimiento que supondría el inicio de la mecánica cuántica como disciplina científica. La que desde aquel momento se conoce como Constante de Planck explica el comportamiento de las partículas relacionando la energía y la frecuencia de los protones. Dicha constante (6.63×10⁻³⁴Js) es la h de la fórmula que utilizó Heisenberg para determinar su Principio de Incertidumbre.

Por su parte, Δp representaría la incertidumbre de conocer la posición de las ondas y Δx la de conocer la posición del corpúsculo, las dos caras de esa misma moneda que es la partícula. Vinculada al movimiento de una partícula está lo que se conoce como longitud de onda. Una partícula que se mueve rápido o tiene una gran masa cuenta con una longitud de onda corta. Al contrario, si la partícula es pequeña o se mueve despacio cuenta con una longitud de onda más corta.

Pensemos, por un momento, en esa partícula especialmente pequeña. Si intentamos medir su larga longitud de onda podremos lograrlo, pero al hacerlo perderemos la capacidad para especificar su posición exacta. En caso contrario, si nos centramos en la posición de la partícula, careceremos de información sobre el alcance de su longitud de onda. Esto es lo que fijó Heisenberg con su famoso principio, que ha servido como base para numerosos avances en terrenos como el de la tecnología informática o el de la medicina.

El Principio de Incertidumbre hace posibles las resonancias magnéticas y la inteligencia artificial, entre otros avances

Las resonancias magnéticas, vitales a día de hoy para realizar diagnósticos médicos, utilizan la incertidumbre formulada por Heisenberg para obtener imágenes detalladas del interior del cuerpo del paciente. En el terreno de la informática avanzada, no estaríamos hoy hablando de inteligencia artificial si Heisenberg no hubiese formulado su principio, ya que es el que se ha utilizado para el desarrollo de modelos que tengan en cuenta, siempre, la incertidumbre de cada una de sus predicciones antes de ofrecer un resultado.

La mecánica cuántica continúa avanzando y es ya una disciplina de imprescindible aplicación en numerosos campos de la investigación. Mientras tanto, podemos seguir acudiendo a conciertos en que la onda emocional de la música no se vea interrumpida por el movimiento de quienes la ejecutan sobre el escenario. En caso de obsesionarnos con el lugar en que se encuentran estos, perderíamos la magia de las ondas que transmiten. Y es que la incertidumbre, lejos de ser obligatoriamente negativa, nos ayuda a aprehender la magia de ciertos momentos.