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En la mecánica cuántica hay un principio fundamental conocido como el “Principio de Incertidumbre de Heisenberg” algo más o menos como que no se puede conocer con precisión una propiedad si se conoce mucho de otra, se ve como algo confuso Pero el día de hoy trataremos de entenderlo un poco mejor.
In quantum mechanics, there is a fundamental principle known as the “Heisenberg Uncertainty Principle,” which basically states that you cannot know one property precisely if you know a lot about another. It seems confusing, but today we will try to understand it a little better.
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Primero es importante conocer sobre Werner Karla Heisenberg quien fue un físico teórico de origen alemán pionero en la mecánica cuántica. Es reconocido en el mundo de la física por diferentes publicaciones, pero muy especialmente por formular el principio de Incertidumbre, el cual se publicó en el año de 1927. Heisenberg fue merecedor con él Premio Nobel de Física de 1932 por la creación de la mecánica cuántica y también es interesante resaltar que participó activa y voluntariamente en la vida académica de Alemania en su época socialista, estuvo a cargo de la investigación científica del Proyecto Uranio de la Bomba atómica alemana durante la Segunda Guerra Mundial, dónde se intentó construir un reactor nuclear donde se llevara a cabo una reacción en cadena tan rápida que pudiese generar una explosión Pero no tuvo éxito, después de eso estuvo preso en Inglaterra.
First, it is important to know about Werner Karla Heisenberg, a German theoretical physicist who was a pioneer in quantum mechanics. He is recognized in the world of physics for various publications, but especially for formulating the Uncertainty Principle, which was published in 1927. Heisenberg was awarded the 1932 Nobel Prize in Physics for the creation of quantum mechanics. It is also interesting to note that he actively and voluntarily participated in academic life in Germany during its socialist era and was in charge of scientific research for the German atomic bomb project during World War II, where an attempt was made to build a nuclear reactor that would carry out a chain reaction so rapid that it could generate an explosion. However, this attempt was unsuccessful, and he was subsequently imprisoned in England.
Ahora bien, el Principio de Incertidumbre de Heisenberg formulado a comienzos del año XX revela una propiedad importante del mundo subatómico: la indeterminación. Si nos adentramos un poco por su evolución podemos entender el gran impacto que este principio tuvo la física moderna, Pero hay que mirar hacia atrás al siglo XIX, cuando la comunidad científica comenzó a observar algunos fenómenos a nivel microscópico y no lograban obtener una explicación.
Jonh Dalton y Niels Bohr proporcionaron modelos iniciales del átomo, estos modelos se adaptaban perfectamente a ciertos comportamientos, pero no sé lograba explicar a profundidad ciertos resultados, tales como el efecto fotoeléctrico o la difracción de electrones. No obstante para 1920, la solución a este problema comenzó a rondar por la cabeza por algunas extraordinarias mentes como Max Planck, Albert Einstein, Max Born y Werner Heisenberg. Allí comenzó la comprensión de la naturaleza dual de las partículas (que se pueden completar de manera dual, como onda o como luz) presentada por Louis De Broglie, y la formulación de la ecuación de la onda, la cual establece que existe la probabilidad de encontrar una partícula como una función de onda, Pero se hace imposible la determinación precisa de una posición, también Erwin Schödinger participó en las bases para el nacimiento de la teoría cuántica.
Now, Heisenberg's Uncertainty Principle, formulated at the beginning of the 20th century, reveals an important property of the subatomic world: indeterminacy. If we delve a little deeper into its evolution, we can understand the great impact this principle had on modern physics. But we must look back to the 19th century, when the scientific community began to observe certain phenomena at the microscopic level and was unable to explain them.
John Dalton and Niels Bohr provided initial models of the atom, which perfectly suited certain behaviors, but failed to explain certain results in depth, such as the photoelectric effect or electron diffraction. However, by 1920, the solution to this problem began to take shape in the minds of some extraordinary minds such as Max Planck, Albert Einstein, Max Born, and Werner Heisenberg. This marked the beginning of the understanding of the dual nature of particles (which can be completed in a dual manner, as a wave or as light) presented by Louis De Broglie, and the formulation of the wave equation, which establishes that there is a probability of finding a particle as a wave function. But it becomes impossible to precisely determine a position. Erwin Schödinger also participated in laying the foundations for the birth of quantum theory.
Posteriormente en 1927, Heisenberg introduce el Principio de Incertidumbre y con ello revoluciona la evolución de la física. Con esta teoría el físico alemán establece que es imposible conocer con precaución tanto la posición como el momento de una partícula en un instante dado, es decir, uno de los dos debe ser indeterminado. Este principio no es solamente una consecuencia de la naturaleza cuántica de las partículas, sino que también expresa las limitaciones reales para determinar con exactitud esos elementos subatómicos.
Pero en si, ¿Que es el Principio de Incertidumbre? Básicamente lo que establece este principio es que no se puede conocer simultáneamente y con precisión ciertos pares de variables físicas, tales como, la posición y el momento de un objeto dado. Para comprender mejor este hecho, debemos tener en cuenta que en el mundo cuántico todas las partículas se comportan como corpúsculos y ondas al mismo tiempo.
Later, in 1927, Heisenberg introduced the Uncertainty Principle, revolutionizing the evolution of physics. With this theory, the German physicist established that it is impossible to know with certainty both the position and momentum of a particle at a given moment; that is, one of the two must be indeterminate. This principle is not only a consequence of the quantum nature of particles, but also expresses the real limitations in accurately determining these subatomic elements.
But what exactly is the Uncertainty Principle? Basically, this principle establishes that certain pairs of physical variables, such as the position and momentum of a given object, cannot be known simultaneously and with precision. To better understand this fact, we must bear in mind that in the quantum world, all particles behave as both particles and waves at the same time.
Las partículas son sólidos pequeños, los cuales pueden estar en un solo lugar en un momento dado, siendo completamente posible conocer el punto en el que se encuentran. Sin embargo, las ondas son como perturbaciones que se extienden en el espacio, algo parecido como una piedra cuando cae en un lago, es por esta razón que se vuelve más complicado decir en qué sitio se encuentra exactamente, porque se está desplazando de manera simultánea por varios puntos. En conclusión las partículas pueden tener una posición definida, pero las ondas no, pudiendo estar en varios puntos al mismo tiempo.
En el mundo cuántico se establece que una partícula puede comportarse simultáneamente como luz y como onda, y en este hecho hay una variable súper importante que es la longitud de onda, la cual está directamente relacionada al movimiento de la partícula. Es por ello, que si una partícula se mueve muy rápido o posee una masa muy grande, entonces posee una longitud de onda muy corta, pero si se mueve lento o es minúscula, presentará una longitud de onda grande. Este es el motivo por el cual no precisamos la longitud de onda en nuestra cotidianidad, los objetos son tan grandes y pesados por lo que la longitud de onda es muy corta.
Particles are small solids, which can be in only one place at a given moment, making it entirely possible to know their exact location. However, waves are like disturbances that spread out in space, similar to a stone falling into a lake. This makes it more difficult to say exactly where they are, because they are moving simultaneously through several points. In conclusion, particles can have a defined position, but waves cannot, as they can be in several places at the same time.
In the quantum world, it is established that a particle can behave simultaneously as light and as a wave, and in this fact there is a very important variable, which is wavelength, which is directly related to the movement of the particle. That is why if a particle moves very fast or has a very large mass, then it has a very short wavelength, but if it moves slowly or is tiny, it will have a long wavelength. This is why we do not need wavelength in our daily lives; objects are so large and heavy that the wavelength is very short.
Sin embargo, es un gran dilema cuando necesitamos medir partículas pequeñas, pues su precario tamaño y masa conlleva a longitudes de onda tan grandes como para ser medidas. Pero si conocemos la longitud de onda, yendo al caso de la onda, entonces perdemos la capacidad de decir exactamente dónde se encuentra la partícula. Ahora sí estamos en el caso contrario, escogemos saber dónde está la partícula, entonces no tendremos información acerca de la longitud de onda. Esta mezcla de situaciones fue lo que dedujo Werner Heisenberg y lo establecido en su famoso principio.
However, it is a major dilemma when we need to measure small particles, as their precarious size and mass lead to wavelengths that are too large to be measured. But if we know the wavelength, going to the case of the wave, then we lose the ability to say exactly where the particle is. Now we are in the opposite situation: if we choose to know where the particle is, then we will have no information about the wavelength. This mixture of situations was what Werner Heisenberg deduced and established in his famous principle.
Ya para despedirme espero que el tema sea del agrado de los lectores y deseo ver en los comentarios sus opiniones y aportes significativos que ayuden a la ampliación del tema y que genere un debate crítico y enriquecedor para la satisfactoria divulgación del conocimiento científico
In closing, I hope that the topic is to the readers' liking and I hope to see in the comments your opinions and significant contributions that will help to broaden the topic and generate a critical and enriching debate for the satisfactory dissemination of scientific knowledge.
Referencias
Freire, N. (2024). El Principio de Incertidumbre de Heisenberg y sus implicaciones en el mundo cuántico.[Documento en línea] Disponible en:
Halliday, D; Resnick, R & Krane K. (1999). Física Volumen 2. Compañía Editorial Continental: México.
References
Freire, N. (2024). Uncertainty Principle and its implications in the quantum . [Online document] Available at:
Halliday, D; Resnick, R & Krane K. (1999). Physics Volume 2. Continental Publishing Company: Mexico.
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