Física clásica

En física clásica, consideramos que tenemos un sistema completamente caracterizado si conocemos las posiciones y el momento de todas sus partículas en un instante dado. Al analizar un sistema que constara de un sólo electrón Heisenberg encontró que para tratar de determinar la posición con exactitud se necesitarían fotones de alta frecuencia, que al interaccionar con el electrón alterarían significativamente su velocidad. Para tratar de determinar su velocidad con exactitud habría que utilizar fotones de baja energía, que alterasen mínimamente la velocidad de la partícula, pero estos fotones nos darían una visión demasiado "borrosa" de la posición. En suma, encontró que no existía un compromiso posible que nos permitiera medir con precisión ambas variables. En general, cuando un sistema es lo suficientemente pequeño, no existen métodos físicamente posibles de observarlo sin alterar considerablemente su estado. Volviendo sobre el ejemplo anterior, para que un fotón incida sobre una partícula deberá tener una longitud de onda máxima igual al diámetro de esa partícula (en caso contrario la partícula resulta transparente al fotón) para poder interaccionar. Sabemos que la energía de un fotón es inversamente proporcional a su longitud de onda, en concreto:

E = h c / λ

El Principio cuantifica la máxima precisión que podemos esperar obtener de una observación: el error total en nuestras medidas simultáneas de dos variables conjugadas será siempre como mínimo igual a la constante de Planck dividida por un factor de 4Π. Recordemos que la constante de Planck, de manera muy significativa, corresponde al cuanto de acción, esto es, la acción mínima que se puede ejercer sobre un sistema.

Para comprender este principio es imprescindible que reflexionemos acerca de los procesos que denominamos de "observación" o "medición". Cuando realizamos una medida en un experimento, lo que hacemos es tratar de extraer información de un sistema introduciendo un aparato de medida que, al entrar en contacto con el sistema observado, es alterado por éste. Debemos siempre escoger el aparato de medida de manera que la alteración que produzca en el sistema sea despreciable en comparación a la magnitud de aquello que estamos midiendo. Por ejemplo, si queremos medir la temperatura de un líquido caliente e introducimos en él un termómetro, el líquido cede parte de su calor al mercurio del termómetro. Esta cesión de calor hace que disminuya la temperatura del líquido, pero siempre que haya una cantidad de líquido suficiente, el error que esa disminución produce en la medida será despreciable: la energía intercambiada con el termómetro es insignificante comparada con la energía del sistema que deseamos medir. Cuanto más pequeño y liviano sea el sistema que queremos medir, más sutiles deben ser los aparatos de medida. Cuando lo que tratamos

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