Una cosa es cierta: el Principio de Incertidumbre de Heisenberg no está muerto

La ecuación de Einstein E=mc2 es a la teoría de la relatividad, como el principio de incertidumbre de Heisenberg es la mecánica cuántica, esto no sólo es una visión profunda de la física, sino también una fórmula simbólica reconocida incluso por los no físicos. El principio sostiene que no podemos conocer el estado de la realidad con todo detalle, y mucho menos predecir el futuro con absoluta precisión. Esto marca una clara ruptura con la visión determinista del universo clásico.

Sin embargo, el principio de incertidumbre se presenta en dos formulaciones superficialmente similares que incluso muchos físicos en la práctica tienden a confundir. La versión propia de Werner Heisenberg es que al observar el mundo, resulta inevitable distorsionarla. Y eso es erróneo, según ha demostrado claramente el equipo de investigación de la Universidad Tecnológica de Viena.


Dirigido por Yuji Hasegawa, el equipo preparó un flujo de neutrones y midió dos componentes del espín de forma simultánea para cada uno, en directa violación con la versión de Heisenberg del principio. Sin embargo, la variante alternativa continuó manteniéndose. El equipo informó de sus resultados en Nature Physics el 15 de enero.

Heisenberg inferió su formulación en 1927, a través de un famoso experimento mental donde se imaginaba la medición de la posición de un electrón usando un microscopio de rayos gamma. La fórmula que de ello derivaba era ε(q)η(p) ≥ h/4π. Esta desigualdad viene a decir que, cuando medimos la posición de un electrón con el error ε(q), no podemos dejar de alterar el momentum del electrón debido a la cantidad de η(p). Un experimentador no puede conocer a la vez la posición y el momentum con precisión, se debe hacer un compensación. "Debido a ello todo lo que se observa es una selección de una plenitud de posibilidades, y una limitación sobre lo que es posible en el futuro", escribía Heisenberg.

El mismo año, Earle Kennard, un físico menos conocido, derivó una formulación diferente, que más tarde fue generalizada por Howard Robertson: σ(q)σ(p) ≥ h/4π. Esta desigualdad, nos dice que no se pueden suprimir las fluctuaciones cuánticas de la posición σ(q) ni del momentum (p) más bajo, más allá de un cierto límite simultáneamente. La fluctuación que existe, independientemente de si se mide o no, y la desigualdad no dice nada acerca de lo que sucede cuando se realiza una medición.

La formulación de Kennard es, por lo tanto, completamente distinta de la de Heisenberg. Sin embargo, muchos físicos, probablemente el mismo Heisenberg, han estado bajo esta falsa comprensión de que ambas formulaciones describían prácticamente el mismo fenómeno. Lo que los físicos utilizan en la investigación de todos los días, y llaman el principio de incertidumbre de Heisenberg, es, de hecho, la formulación de Kennard. Es de aplicación universal y basada con total seguridad en la teoría cuántica. Si se violara de forma experimental, el conjunto de la mecánica cuántica se vendría abajo. La formulación de Heisenberg, no obstante, se propuso como una conjetura, por lo que la mecánica cuántica no ha sido sacudida por tal violación.

En 2003, Masanao Ozawa, de la Universidad de Nagoya, desarrolló una nueva formulación del error de perturbación de la incertidumbre  que Heisenberg, pero esta vez con pie más firme. Derivada de forma matemática desde la teoría cuántica de la medición, la nueva formulación describe el error y la perturbación, así como los resultados de la medición: ε(q)η(p) + σ(q)η(p) + σ(p)ε(q) El equipo de Hasegawa es. el primero que ha verificado la nueva formulación de Ozawa. Y lo hizo midiendo directamente los errores y las perturbaciones en la observación de los componentes de espín. Aun cuando la fuente del error o la perturbación se mantenga casi a cero, el otro sigue finito.

"Creo que es importante, especialmente para la física experimental, que la medición de los errores y la perturbación se distingan claramente de las fluctuaciones cuánticas en la formulación de Ozawa", señaló Shogo Tanimura de Nagoya, que es independiente del grupo de Ozawa. "Los físicos pensaban que la única manera de reducir los errores es la de suprimir las fluctuaciones. Pero la desigualdad de Ozawa sugiere que, hay otra manera de reducir los errores al permitir que un sistema objeto tenga grandes fluctuaciones, aunque pueda sonar contradictorio."

La formulación de Ozawa confirma una tendencia emergente en la exploración de los fundamentos de la física: la de ceñirse estrechamente a lo que los experimentadores ven directamente en el laboratorio, el así llamado enfoque operacional. "La relación de error-perturbación de incertidumbre es mucho más importante que el de las fluctuaciones", añade Akio Hosoya, físico teórico del Tokyo Institute of Technology, "porque en la física, la última palabra proviene de la verificación experimental". Heisenberg podría congratularse que, aunque la historia parezca haber juzgado su formulación como menos profunda que la de Kennard, con el tiempo puede llegar a ser más significativa.


- Referencia: ScientificAmerican.com, 8 marzo 2012, por Aya Furuta
- Imagen: En la planta baja del nuevo edificio de física de la Colgate University, hay una versión del principio de incertidumbre de Heisenberg. foto de George Musser.

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