What is the Heisenberg Uncertainty Principle? - Chad Orzel

¿Qué es el principio de incertidumbre de Heisenberg? - Chad Orzel

Traductor: Jenny Lam-Chowdhury Revisor: Denise RQ

El principio de incertidumbre de Heisenberg

The Heisenberg Uncertainty Principle is one of a handful of ideas

es una del puñado de ideas de la física cuántica

from quantum physics to expand into general pop culture.

adoptada por la cultura popular.

It says that you can never simultaneously know the exact position

Establece que nunca puedes determinar simultáneamente

la posición y la velocidad exactas de un objeto

and the exact speed of an object and shows up as a metaphor in everything

y sirve de metáfora para todo,

from literary criticism to sports commentary.

desde la crítica literaria hasta los comentarios deportivos.

Uncertainty is often explained as a result of measurement,

La incertidumbre se explica a menudo como resultado de la medición,

that the act of measuring an object's position changes its speed, or vice versa.

que la acción de medir la posición de un objeto

cambia su velocidad o viceversa.

The real origin is much deeper and more amazing.

La verdadera causa es mucho más profunda y sorprendente.

The Uncertainty Principle exists because everything in the universe

El principio de incertidumbre existe porque en el universo todo se comporta

behaves like both a particle and a wave at the same time.

como partícula y como onda al mismo tiempo.

In quantum mechanics, the exact position and exact speed of an object

En la mecánica cuántica,

la posición y velocidad exactas de un objeto no significan nada.

have no meaning.

To understand this,

Para entenderlo,

we need to think about what it means to behave like a particle or a wave.

tenemos que pensar lo que significa comportarse como partícula o como onda.

Particles, by definition, exist in a single place at any instant in time.

Por definición, las partículas existen en un

único lugar en cualquier instante de tiempo.

We can represent this by a graph showing the probability of finding

Podemos representarlo en un gráfico que

muestre la probabilidad de encontrar el objeto en un lugar determinado,

the object at a particular place, which looks like a spike,

que parecerá una punta, 100% en una posición específica

100% at one specific position, and zero everywhere else.

y cero cualquier otra posición.

Waves, on the other hand, are disturbances spread out in space,

Las ondas por otra parte, son alteraciones que se propagan en el espacio

like ripples covering the surface of a pond.

como las ondas en la superficie de un lago.

We can clearly identify features of the wave pattern as a whole,

Podemos fácilmente identificar las características propias de su patrón

most importantly, its wavelength,

y, más importante, su longitud de onda,

which is the distance between two neighboring peaks,

que es la distancia entre dos crestas consecutivas

or two neighboring valleys.

o dos picos negativos consecutivos.

But we can't assign it a single position.

Pero no podemos asignarle una sola posición.

It has a good probability of being in lots of different places.

Hay una buena probabilidad de que esté en muchos sitios diferentes.

Wavelength is essential for quantum physics

La longitud de onda es esencial para la física cuántica,

because an object's wavelength is related to its momentum,

porque la longitud de onda está asociada a su momento,

mass times velocity.

la masa por la velocidad.

A fast-moving object has lots of momentum,

Un objeto a gran velocidad presenta un mayor momento,

which corresponds to a very short wavelength.

lo que corresponde a una longitud de onda muy corta.

A heavy object has lots of momentum even if it's not moving very fast,

Un objeto pesado tiene mucho momento incluso a poca velocidad

which again means a very short wavelength.

lo cual también significa una longitud de onda muy corta.

This is why we don't notice the wave nature of everyday objects.

Por eso no notamos la naturaleza de onda de los objetos cotidianos.

If you toss a baseball up in the air,

Si lanzas una pelota de béisbol al aire,

its wavelength is a billionth of a trillionth of a trillionth of a meter,

la longitud de onda

es una mil millonésima de una billonésima de billonésima parte de un metro,

far too tiny to ever detect.

demasiado pequeña para ser detectada.

Small things, like atoms or electrons though,

Cosas pequeñas como los átomos o los electrones, sin embargo,

can have wavelengths big enough to measure in physics experiments.

pueden tener una longitud de onda lo suficientemente grande

como para poder ser medidas en experimentos.

So, if we have a pure wave, we can measure its wavelength,

Si tenemos una onda pura podemos medir su longitud

and thus its momentum, but it has no position.

y por ende, su momento, pero no tiene posición.

Podemos determinar la posición de una partícula,

We can know a particles position very well,

but it doesn't have a wavelength, so we don't know its momentum.

pero al no tener longitud de onda no podemos medir su momento.

To get a particle with both position and momentum,

Para conseguir una partícula con su posición y momento,

we need to mix the two pictures

debemos mezclar los dos dibujos,

to make a graph that has waves, but only in a small area.

para crear un gráfico que tenga ondas, pero solo en un área reducida.

How can we do this?

¿Cómo hacemos esto?

By combining waves with different wavelengths,

Combinando ondas con diferentes longitudes de onda,

which means giving our quantum object some possibility of having different momenta.

lo que significa darle a nuestro objeto cuántico

alguna posibilidad de tener un momento diferente.

When we add two waves, we find that there are places

Cuando tenemos dos ondas, observamos que hay sitios

where the peaks line up, making a bigger wave,

donde las crestas se alinean creando una onda más grande,

and other places where the peaks of one fill in the valleys of the other.

y otros donde la crestas de una coinciden con los valles de otra.

The result has regions where we see waves

Como resultado se crean áreas donde vemos ondas,

separated by regions of nothing at all.

separadas por áreas que no presentan ninguna.

If we add a third wave,

Si agregamos una tercera onda,

the regions where the waves cancel out get bigger,

las áreas que no presentan ondas se agrandan;

a fourth and they get bigger still, with the wavier regions becoming narrower.

añadimos una cuarta y el área sigue creciendo,

mientras que las áreas con ondas se estrechan.

If we keep adding waves, we can make a wave packet

Si seguimos agregando ondas creamos un grupo de ondas

with a clear wavelength in one small region.

con una clara longitud de onda en una pequeña región.

That's a quantum object with both wave and particle nature,

Esto es un objeto cuántico con dualidad onda-partícula,

but to accomplish this, we had to lose certainty

pero para lograrlo necesitamos perder certidumbre

about both position and momentum.

sobre su posición y momento.

The positions isn't restricted to a single point.

Su posición no se limita a un solo punto.

There's a good probability of finding it within some range

Existe la posibilidad de encontrarla

of the center of the wave packet,

en un rango a cierta distancia del centro del grupo de ondas.

and we made the wave packet by adding lots of waves,

El grupo de ondas se creó agregando muchas ondas,

which means there's some probability of finding it

lo que significa que es muy probable encontrarla

with the momentum corresponding to any one of those.

con el momento correspondiente a cualquiera de esas ondas.

Both position and momentum are now uncertain,

Tanto la posición como su momento son ahora indeterminados

and the uncertainties are connected.

y las incertidumbres están relacionadas.

If you want to reduce the position uncertainty

Si quieres reducir la incertidumbre de la posición,

by making a smaller wave packet, you need to add more waves,

haciendo el paquete de ondas cada vez más pequeño, tienes que añadir ondas

which means a bigger momentum uncertainty.

lo que crea mayor incertidumbre del momento.

If you want to know the momentum better, you need a bigger wave packet,

Si quieres determinar mejor el momento, necesitas un grupo de ondas más grande,

which means a bigger position uncertainty.

o sea, mayor incertidumbre para la posición.

That's the Heisenberg Uncertainty Principle,

Ese es el principio de incertidumbre de Heisenberg,

first stated by German physicist Werner Heisenberg back in 1927.

formulado por primera vez en 1927 por el físico alemán Werner Heisenberg.

This uncertainty isn't a matter of measuring well or badly,

Esta incertidumbre no se debe a buenas o malas mediciones,

but an inevitable result of combining particle and wave nature.

sino que es la consecuencia inevitable de la dualidad partícula-onda.

El principio de incertidumbre no es solo un límite práctico de la medición.

The Uncertainty Principle isn't just a practical limit on measurment.

It's a limit on what properties an object can have,

Es un límite de las propiedades que un objeto puede tener,

built into the fundamental structure of the universe itself.

inherente a la estructura básica del universo mismo.