Incertesa des de prop

2009/06/01 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Fisika

No sembla seriós que una de les bases de la ciència sigui la incertesa. Però sí. Sembla una desgràcia dels científics: en lloc de solucionar una cosa difícil de resoldre, sembla que els científics prefereixen dir que és un dels pilars de la ciència. Però no és així. La incertesa és una característica de la naturalesa.

És un dels principis de la física, és a dir, una cosa més àmplia que una teoria. El principi diu que l'home no pot estar segur en mesurar totes les magnituds associades a un sistema. És possible mesurar l'energia, el temps, la velocitat, la posició i moltes altres magnituds d'un sistema físic. Però no tots al mateix temps i amb gran precisió.

És un principi de la física, però és difícil d'entendre, perquè en això no ens ajuda la intuïció. Com no mesurarem la velocitat d'un cotxe i on està exactament i alhora?

La veritat és que la incertesa no és molt evident en la física de les coses 'grans'; per a detectar aquest efecte és necessari treballar a grandària microscòpica o, més ben dit, a grandària nanoscópico. Ho han de tenir en compte els qui treballen amb àtoms i partícules més petites.

Per exemple, un físic pot determinar on està un àtom. Però a mesura que augmenta la precisió d'aquesta mesura, perd la possibilitat de dir quina és la velocitat d'aquest àtom. I si intenta mesurar la velocitat, perd la certesa de la posició de l'àtom.

Aquest és un dels exemples més coneguts, però no és l'únic; a més del parell posició-velocitat, existeixen altres parells de magnituds. Quan l'energia i el temps es mesuren simultàniament es perd precisió (o es perd la precisió d'una magnitud en benefici de l'altre).

El científic no pot estar segur i la incertesa no és seva, és a dir, el problema no és que falta una bona tecnologia per a realitzar els dos mesuraments amb precisió. Ningú inventarà mai dispositius o mètodes meravellosos que resolguin aquest problema de mesurament. No és això. El principi d'incertesa és que per si mateix no es poden mesurar totes les coses amb precisió. No té sentit físic. És molt estrany i, com hem dit, és un principi de la física.

Màquina de fotos

Per a entendre amb intuïció podem comparar-ho amb la fotografia de coses petites. Fer una foto molt pròxima d'una flor, una clau o un insecte és un problema similar.

El problema és que els raigs de llum que arriben a la càmera de fotos d'una cosa molt pròxima vénen d'angles molt diferents. Per a fotografiar un insecte és possible que estigui a uns quinze centímetres de l'objectiu. A aquesta distància la lent és molt ampla en comparació amb l'insecte, la qual cosa fa molt difícil enfocar la imatge. La lent condueix els raigs cap a l'interior de la càmera i el seu enfocament significa concentrar tots els raigs que provenen del mateix lloc de l'insecte en un punt concret dins de la càmera.

Per exemple, si al final concentrem els raigs que provenen dels ulls de l'insecte dins de la càmera, els que provenen de les cames de l'insecte no es concentraran en un punt i els veurem sense enfocar.

Aquesta tècnica és més complexa ja que es treballa amb objectius especials anomenats macros, i el tancament del diafragma de la càmera redueix el problema dels angles, entre altres. No obstant això, independentment de la tècnica, l'amplària, profunditat de camp, de la zona enfocada és limitada i el fotògraf ha de triar el que estarà enfocat, sabent que l'altra no quedarà enfocada.

Per a enfocar una cosa és imprescindible deixar sense enfocar a tots els altres. Com la incertesa de la física. Si els instruments de laboratori es manipulen per a mesurar amb precisió una magnitud --per a sortir enfocat-, no necessàriament mesuraran amb precisió les altres magnituds --es deixaran sense enfocar-.

El físic Werner Heissenberg va descobrir que estava desenvolupant la base matemàtica de la mecànica quàntica. I des de llavors hi ha hagut opinions contràries. Molts no accepten que la incertesa sigui una característica de la naturalesa. El mateix Albert Einstein no ho acceptava. Però tots els experiments realitzats fins al moment han donat la raó a Heissenberg. En física, les mesures de moltes magnituds suposen una pèrdua d'enfocament.