El carácter fundamental de las relaciones de incertidumbre

Experientia docet Cuantos Artículo 8 de 13

Foto: Franck V / Unsplash

El principio de incertidumbre y las relaciones de incertidumbre resultantes son válidas para cualquier objeto, incluso para un automóvil. Pero las limitaciones que impone el principio de incertidumbre no tienen consecuencias prácticas para objetos tan con tanta masa como coches o pelotas de béisbol que se mueven a velocidades normales para nuestra experiencia humana diaria. Esto se debe a que los valores de incertidumbre involucrados son demasiado pequeños como para ser percibidos. Las limitaciones se hacen evidentes e importantes solo a escala atómica.

Debido a esta discrepancia entre lo que ocurre en el día a día humano y lo atómico es muy importante comprender que las incertidumbres que establece el principio de Heisenberg no son debidas a un defecto del experimentador ni de los instrumentos que usa. Esto debe quedar diáfanamente claro [1]: Nunca, jamás, podremos construir instrumentos para sortear las incertidumbres recíprocas en las mediciones impuestas por las relaciones de incertidumbre.

Esto se debe a que las relaciones de incertidumbre de Heisenberg son una consecuencia directa de la mecánica cuántica y la dualidad onda-partícula. Pero su validez no está completamente ligada a la de la mecánica cuántica. Efectivamente, la mecánica cuántica podría ser sustituida por otro modelo para describir la realidad cuántica [2] y las relaciones de incertidumbre, que emanan de la existencia misma de los cuantos, son más fundamentales que la propia mecánica cuántica.

Desarrollemos esto mínimamente.

Hemos visto el papel que juega la constante h de Planck en la definición del cuanto de luz y en la descripción de los estados estacionarios en el átomo de Bohr. Además, la constante h aparece en las dos ecuaciones básicas para la energía y el momento lineal del fotón, E = hf y p = h/λ, y también en muchas otras ecuaciones cuánticas. También aparece en las relaciones de incertidumbre. Si h fuera 0, eso significaría que la cantidad de energía sería cero, por lo que no habría cuantos de luz, solo ondas continuas.

El momento lineal del fotón también sería cero, y las relaciones de incertidumbre serían Δx·Δpx = 0 o Δt· ΔE = 0 [3]. Por tanto no habría incertidumbres recíprocas en posición y momento, tiempo y energía, y podríamos medir simultáneamente las características de onda y corpúsculo de los objetos cuánticos sin ningún problema.

Pero aunque sea muy pequeña, la constante de Planck no es cero [4], el cuanto existe, nos enfrentamos a la dualidad onda-partícula, la mecánica cuántica sigue siendo un modelo aceptado, y la naturaleza es tal que limita la precisión de nuestras mediciones a escala atómica al nivel más fundamental.

Notas:

[1] Lo que sigue es el tipo de afirmación categórica que los relativistas y postmodernistas varios que en el mundo son prejuzgan como prepotencia de la ciencia. Su postura, como decimos prejuiciosa, se basa en supuestos y asunciones filosóficas, sin contraste con la realidad física. Es este contraste continuo con la realidad el que permite a la ciencia afirmar cosas como esta en estos términos. Los posmodernos optan por la ignorancia. Son indiscernibles de una persona religiosa, a saber, tratan sus afirmaciones como no falsables.

[2] Recordemos: la mecánica cuántica es un modelo teórico para describir los resultados de los experimentos. La realidad de los cuantos es experimental. Podrá cambiar la teoría, pero los hechos son tozudos.

[3] Hay muchísimas relaciones de incertidumbre. Nosotros, para lo que nos interesa, con estas dos para ilustrarlas nos basta y nos sobra.

[4] Su valor está fijado, por ser una de las constantes fundamentales de la naturaleza, desde 2019: 6,62607015·10−34 J·s. El kilogramo se define en función de este valor de h.

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

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