La teoría de cuerdas: el principio de incertidumbre

Werner Heisenberg es el más conocido en la física cuántica por su descubrimiento de la principio de incertidumbre, que tiene como consecuencia que para hacer mediciones de distancias muy cortas - como los requeridos por la teoría de cuerdas - se requieren muy altas energías.

El principio de incertidumbre afirma que cuanto más precisamente se mide una magnitud, menos precisión se puede conocer otra cantidad asociada. Las cantidades a veces vienen en pares conjunto que no pueden ser ambos medidos por completo.

Qué Heisenberg encontró fue que la observación de un sistema en la mecánica cuántica perturba el sistema lo suficientemente que no se puede saber todo sobre el sistema. La mayor precisión se mide la posición de una partícula, por ejemplo, menos que es posible medir con precisión el impulso de la partícula.

El grado de esta incertidumbre se relaciona directamente con la constante de Planck - el mismo valor que Max Planck había calculado en 1900 en sus cálculos cuánticos originales de energía térmica. Heisenberg encontró que ciertas cantidades complementarias en la física cuántica estaban vinculados por este tipo de incertidumbre:

• Posición y el impulso (momentum es la masa por la velocidad)

• Energía y tiempo

Esta incertidumbre es un resultado muy extraño e inesperado de la física cuántica. Hasta este momento, nadie había hecho nunca ningún tipo de predicción de que el conocimiento era de alguna manera inaccesible a un nivel fundamental. Claro, hubo limitaciones tecnológicas a lo bien que se hizo una medición, pero el principio de incertidumbre de Heisenberg fueron más lejos, diciendo que la propia naturaleza no le permite realizar mediciones de ambas cantidades más allá de un cierto nivel de precisión.

Una manera de pensar en esto es imaginar que usted está tratando de observar la posición de una partícula con mucha precisión. Para ello, usted tiene que mirar a la partícula. Pero usted quiere ser muy preciso, lo que significa que necesita utilizar un fotón con una longitud de onda corta, y una longitud de onda corta se refiere a una alta energía.

Si el fotón de alta energía golpea la partícula - que es exactamente lo que necesita tener suceder si desea observar la posición de la partícula precisamente - a continuación, se va a dar un poco de su energía a la partícula. Esto significa que cualquier medida también trata de hacer del momento de la partícula se apagará.

Explicaciones similares funcionan si usted observa el impulso de la partícula, precisamente, por lo que tiran de la medición de la posición. La relación de la energía y el tiempo tiene una incertidumbre similar. Estos son los resultados matemáticos que vienen directamente de análisis de la función de onda y las ecuaciones de de Broglie utilizan para describir sus ondas de materia.

¿Cómo se manifiesta la incertidumbre en el mundo real? Por eso, permítanme volver a su experimento cuántico favorita - la doble rendija. El experimento de la doble rendija ha seguido creciendo más extraño en los últimos años, dando lugar extraño y resultados extraños. Por ejemplo:

• Si envía los fotones (o electrones) a través de las rendijas de una en una, el patrón de interferencia muestra con el tiempo (grabado en una película), a pesar de que cada fotón (o electrones) tiene aparentemente nada para interferir con.

• Si configura un detector cerca de uno (o ambos) ranuras para detectar qué rendija del fotón (o electrones) tuvo que pasar, el patrón de interferencia desaparece.

• Si configura el detector, pero lo deja apagado, el patrón de interferencia regresa.

• Si configura un medio para determinar más adelante lo que cortó el fotón (o electrones) fue a través, pero no hace nada para impactar en estos momentos, el patrón de interferencia desaparece.

¿Qué significa todo esto que ver con el principio de incertidumbre? El denominador común entre los casos en que el patrón de interferencia desaparece es que una medición se realizó en la que cortó los fotones (o electrones) pasan a través.

Cuando no se hace la medición de hendidura, la incertidumbre en la posición sigue siendo alto, y el comportamiento de las ondas aparece dominante. Tan pronto como se hace una medición, la incertidumbre en la posición cae significativamente y el comportamiento de las ondas desvanece. (También hay un caso en el que se observa algunos de los fotones o electrones. Como era de esperar, en este caso, se obtiene ambos comportamientos, en proporción exacta a la cantidad de partículas que está midiendo.)