Mecánica cuántica. Incertidumbre en Copenhague: IV

Volviendo rápidamente a su escritorio, Heisenberg empezó a trabajar, con las ecuaciones que tan bien conocía. La mecánica cuántica, parecía establecer una serie de restricciones, a lo que podía verse y observarse. Pero ¿cómo decidía la teoría, lo que podía o no observarse? La respuesta a esa pregunta, fue el “principio de incertidumbre”.

Heisenberg acababa de descubrir, que la mecánica cuántica, proscribía la determinación exacta, en un momento dado, de la posición y el momento de una partícula. Y es que, si bien podemos determinar dónde se encuentra exactamente un electrón y, la velocidad de su desplazamiento, resulta imposible conocer ambos datos a la vez. Este es el precio impuesto por la naturaleza, para conocer exactamente una de ambas variables. En la danza cuántica, cuando más exactamente medimos una de esas variables, más imposible resulta determinar la otra. Eso significaba, si Heisenberg estaba en lo cierto, que ningún experimento del mundo atómico, podrá superar, los límites establecidos por el “principio de incertidumbre”. Y, aunque resultaba imposible ”demostrar”, Heisenberg estaba seguro, de que todos los procesos implicados en tal experimento, “debían atenerse necesariamente, a las leyes de la mecánica cuántica”.

Heisenberg pasó los días siguientes, verificando el principio de incertidumbre o, como prefería llamarlo, “el principio de indeterminación”. Entonces llevó a cabo, en el laboratorio de su mente, una serie de “experimentos mentales”, que aspiraban a determinar simultáneamente, la posición y el momento de un electrón, con una exactitud que, según el principio de incertidumbre, resulta inalcanzable. Y todos ellos acabaron revelando, la imposibilidad de violar, el principio de incertidumbre. Pero uno de ellos acabó convenciéndole, de la posibilidad de demostrar que “es la teoría la que determina lo que podemos y lo que no podemos observar”.

Para “ver” un electrón, se requiere un tipo especial de microscopio. Los microscopios ordinarios utilizan la luz visible para iluminar un objeto y, concentrar luego la luz reflejada en una imagen. Las longitudes de onda de la luz visible, son mucho mayores que las del electrón y no pueden, por tanto, ser utilizadas para determinar su posición exacta porque en tal caso, por decirlo así, resbalan como las olas sobre un guijarro. Lo que se necesitaba era un microscopio, que utilizara rayos gamma, es decir, “luz” de alta frecuencia y, una longitud de onda extraordinariamente corta, que permitiesen establecer su posición.

Heisenberg suponía que, al igual que ocurre durante la colisión entre dos bolas de billar, cuando un fotón de un rayo gamma, impacta sobre un electrón, experimenta una desviación, al tiempo que el electrón retrocede. Pero lo que sucede no es tanto un cambio suave, en el momento del electrón, debido al impacto del fotón del rayo gamma, sino un empujón discontinuo. Dado que el valor del momento, que posee un determinado objeto, es igual a su masa multiplicada por su velocidad, cualquier cambio en su velocidad, provoca un cambio correlativo en su momento. Cuando un fotón impacta en un electrón, su velocidad experimenta una brusca reducción. El único modo de minimizar, el cambio discontinuo del momento del electrón, consiste en reducir la energía del fotón, atenuando así el impacto de la colisión. Pero ello implica el uso de luz de mayor longitud de onda y, de menor frecuencia, un cambio que evidencia la imposibilidad, de determinar exactamente, la posición del electrón. Es decir, cuanto más exactamente determinemos la posición del electrón, más incierta o imprecisa será, la determinación de su momento y, viceversa.

Pues eso.

(Continuará)