El microscopio de Heisenberg es un experimento mental propuesto por Werner Heisenberg que ha servido como núcleo de algunas ideas comunes sobre la mecánica cuántica . En particular, proporciona un argumento para el principio de incertidumbre sobre la base de los principios de la óptica clásica .
El concepto fue criticado [ aclaración necesaria ] por el mentor de Heisenberg, Niels Bohr , y desde entonces los desarrollos teóricos y experimentales han demostrado que la explicación intuitiva de Heisenberg [ aclaración necesaria ] de su resultado matemático es engañosa. [1] [2] Si bien el acto de medir conduce a la incertidumbre, la pérdida de precisión es menor que la predicha por el argumento de Heisenberg cuando se mide a nivel de un estado individual . El resultado matemático formal sigue siendo válido, sin embargo, y el argumento intuitivo original también ha sido reivindicado matemáticamente cuando la noción de perturbación [aclaración necesaria ]se amplía para que sea independiente de cualquier estado específico. [3][4]
El argumento de Heisenberg
Heisenberg supone que un electrón es como una partícula clásica , moviéndose en eldirección a lo largo de una línea debajo del microscopio. Deje que el cono de rayos de luz que sale de la lente del microscopio y se enfoca en el electrón forme un ángulocon el electrón. Dejarsea la longitud de onda de los rayos de luz. Entonces, de acuerdo con las leyes de la óptica clásica, el microscopio solo puede resolver la posición del electrón hasta una precisión de [5] : 21 [6]
Un observador percibe una imagen de la partícula porque los rayos de luz inciden en la partícula y rebotan a través del microscopio hasta el ojo del observador. Sabemos por evidencia experimental que cuando un fotón golpea un electrón, este último tiene un retroceso de Compton con un momento proporcional a, dónde es la constante de Planck . Sin embargo, el alcance del "retroceso no se puede conocer con exactitud, ya que la dirección del fotón disperso no está determinada dentro del haz de rayos que ingresan al microscopio". [ cita requerida ] En particular, el impulso del electrón en ella dirección solo se determina hasta [6]
Combinando las relaciones para y , tenemos [6]
- ,
que es una expresión aproximada del principio de incertidumbre de Heisenberg . [ cita requerida ]
Análisis de argumento
Aunque el experimento mental se formuló como una introducción al principio de incertidumbre de Heisenberg , uno de los pilares de la física moderna, ataca las premisas mismas bajo las cuales se construyó, contribuyendo así al desarrollo de un área de la física, a saber, la mecánica cuántica, que redefinió los términos bajo los cuales se concibió el experimento mental original.
La mecánica cuántica cuestiona si un electrón tiene realmente una posición determinada antes de ser perturbado por la medida utilizada para establecer dicha posición determinada. Bajo un análisis mecánico cuántico más completo, un electrón tiene alguna probabilidad de aparecer en cualquier punto del universo, aunque la probabilidad de que esté lejos de donde uno espera se vuelve muy baja a grandes distancias del vecindario en el que se encuentra originalmente. . En otras palabras, la "posición" de un electrón sólo se puede establecer en términos de una distribución de probabilidad , al igual que las predicciones de dónde se puede mover. [ cita requerida ]
Ver también
Referencias
- ^ Lee A. Rozema; et al. (6 de septiembre de 2012). "Violación de la relación medición-perturbación de Heisenberg por mediciones débiles". Phys. Rev. Lett . 109 (18): 100404. arXiv : 1208.0034 . Código bibliográfico : 2012PhRvL.109j0404R . doi : 10.1103 / PhysRevLett.109.100404 . PMID 23005268 .
- ^ "Los científicos ponen en duda el principio de incertidumbre de Heisenberg" . Science Daily . 7 de septiembre de 2012.
- ^ Paul Busch ; Pekka Lahti; Richard Werner (octubre de 2013). "Prueba de la relación error-perturbación de Heisenberg". Cartas de revisión física . 111 (16): 160405. arXiv : 1306,1565 . Código bibliográfico : 2013PhRvL.111p0405B . doi : 10.1103 / PhysRevLett.111.160405 . PMID 24182239 .
- ^ Lett, Caron (17 de octubre de 2013). "Los científicos prueban que la intuición de Heisenberg es correcta" . Universidad de York.
- ^ Werner Heisenberg (1949). Los principios físicos de la teoría cuántica . Publicaciones de Courier Dover. ISBN 978-0-486-60113-7.
- ^ a b c Richmond, Michael. "Microscopio de Heisenberg" . Consultado el 1 de septiembre de 2016 .
Fuentes
- Amir D. Aezel, Entanglement , págs. 77-79.
- Niels Bohr, Nature , 121, pág. 580, 1928.
- Werner Heisenberg, Física y filosofía, págs. 46 y siguientes.
- Albert Messiah, Mecánica cuántica , I, p. 143f
- James R. Newman, ed., El mundo de las matemáticas , II, págs. 1051–1055
enlaces externos
- Historia del microscopio de Heisenberg
- Conferencias sobre el microscopio de Heisenberg