El principio de incertidumbre es prácticamente la piedra fundamental sobre la que se ha
edificado una de las dos teorías más importantes de la física moderna: La Mecánica Cuántica. La otra teoría fundamental es la de la Relatividad General, de Albert Einstein. Ambas teorías intentan explicar el Universo, sólo que la Relatividad General se ocupa del Universo a gran escala y fenómenos de largo alcance, como la gravitación, mientras que la Mecánica Cuántica se enfoca en lo que sucede con las partículas elementales, el universo atómico y sub-atómico y las fuerzas e interacciones que se manifiestan en escalas muy pequeñas. Ambas teorías funcionan muy bien, cada una por su lado, pero surgen contradicciones al intentar reunirlas. Es de esperar que ambas teorías sean la “cabeza” y la “cola” de una teoría mucho más elaborada y que constituye la gran cacería científica de las últimas décadas: el hallazgo de la famosa teoría unificada.
El Principio de Incertidumbre, descubierto por Werner Heisenberg y por el cual recibió el Nóbel de física en 1932, surgió como consecuencia de intentar mirar el interior de las estructuras atómicas. Una partícula elemental, como es el electrón, por ejemplo, contiene algunas características básicas, como su masa y su carga eléctrica. Pero además resulta vital para algunos experimentos conocer con exactitud su velocidad y su posición en un momento dado. Pues bien, Heisenberg advirtió que ambos datos no podían obtenerse simultáneamente con exactitud. Sucede que para saber dónde se encuentra una partícula hay que iluminarla. Pero no se puede utilizar cualquier tipo de luz: hay que usar luz cuya longitud de onda sea por lo menos, inferior a la partícula que se desea iluminar. De otro modo, sería como pretender pescar peces pequeños con una red de agujeros enormes. Pero sucede que cuanto más corta es la longitud de onda, más elevada es la frecuencia, de modo que esa luz transporta una muy elevada energía. Al incidir sobre la partícula, esta resulta fuertemente afectada. El científico puede finalmente averiguar donde está la partícula, pero a cambio de perder toda información acerca de su velocidad. Y a la inversa: si consigue calcular su velocidad, debe renunciar definitivamente a conocer su posición exacta.
Pareciera a simple vista, que la imposibilidad de medir simultáneamente velocidad y posición de una partícula elemental estaría relacionada con los dispositivos que se usan para realizar las lecturas. La idea sería: “La partícula tiene velocidad y posición definidas en el espacio, pero nuestra tecnología actual es incapaz de medir ambas magnitudes al mismo tiempo.”
Sin embargo, Heisenberg probó matemáticamente que la incertidumbre no dependía de cómo se realizara la medición. Demostró además que había un límite infranqueable más allá del cual no era posible determinar con exactitud absoluta dónde estaba la partícula y a qué velocidad se movía. La idea, entonces, se convirtió en lo siguiente: “Si no hay forma de determinar con exactitud posición y velocidad de una partícula, quizá la partícula no tenga ni posición ni velocidad definida en el espacio”
Y esto es lo controversial del Principio de Incertidumbre. Puede uno imaginar pelotas de fútbol, aviones o balas de cañón en nuestro macro cosmos que no tengan ni posición ni velocidad definida? Un ejemplo sencillo para dimensionar el problema: imaginemos que alguien parte en automóvil desde una ciudad a otra. Medimos su velocidad con un radar y determinamos que viaja a 125 km/h. Simultáneamente, intentamos medir en qué punto entre las dos ciudades se encuentra, y nos topamos con que la incertidumbre acerca de la posición ha crecido hasta el infinito. Esto no sólo implica que no sabemos en qué punto de la carretera está el vehículo,sino que, matemáticamente hablando, el vehículo podría estar en cualquierpunto del universo.
Como podrá imaginar el lector, el Principio de Incertidumbre sepultó definitivamente el deseo de la Ciencia de calcular y determinar con precisión todos los fenómenos de la Naturaleza: cómo predecir el funcionamiento de sistemas complejos si ni siquiera podemos determinar velocidad y posición de una sola partícula? Todo lo que se puede saber es una combinación estadística de posición y velocidad aproximada, más allá de la cual, se introduce un ineludible factor de incapacidad de predicción o azar.
Einstein se levantó en contra de esta idea del azar y la estadística. Sintetizó su encono en su célebre frase: “Dios no juega a los dados con el Universo” y murió intentando diseñar trucos mentales que permitieran burlar el Principio de Incertidumbre. Sin embargo, éste ha sobrevivido y goza de buena salud. De hecho, el mundo de los microprocesadores y la micro tecnología actual deben en gran parte su éxito a la Mecánica Cuántica.
El Principio de Incertidumbre demostró también que ya no podemos imaginar el mundo sub atómico como una versión reducida del sistema solar, con esferas girando en torno de un núcleo. Porque lo más probable es que las partículas elementales ni se parezcan ni se comporten como las cosas que estamos habituados a ver en nuestro mundo de todos los días.