Incertidumbre desde cerca

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

• Fisika

No parece serio que una de las bases de la ciencia sea la incertidumbre. Pero sí. Parece una desgracia de los científicos: en lugar de solucionar algo difícil de resolver, parece que los científicos prefieren decir que es uno de los pilares de la ciencia. Pero no es así. La incertidumbre es una característica de la naturaleza.

Es uno de los principios de la física, es decir, algo más amplio que una teoría. El principio dice que el hombre no puede estar seguro al medir todas las magnitudes asociadas a un sistema. Es posible medir la energía, el tiempo, la velocidad, la posición y muchas otras magnitudes de un sistema físico. Pero no todos al mismo tiempo y con gran precisión.

Es un principio de la física, pero es difícil de entender, porque en eso no nos ayuda la intuición. ¿Cómo no vamos a medir la velocidad de un coche y dónde está exactamente y a la vez?

Lo cierto es que la incertidumbre no es muy evidente en la física de las cosas 'grandes'; para detectar este efecto es necesario trabajar a tamaño microscópico o, mejor dicho, a tamaño nanoscópico. Lo tienen que tener en cuenta quienes trabajan con átomos y partículas más pequeñas.

Por ejemplo, un físico puede determinar dónde está un átomo. Pero a medida que aumenta la precisión de esta medida, pierde la posibilidad de decir cuál es la velocidad de este átomo. Y si intenta medir la velocidad, pierde la certeza de la posición del átomo.

Este es uno de los ejemplos más conocidos, pero no es el único; además del par posición-velocidad, existen otros pares de magnitudes. Cuando la energía y el tiempo se miden simultáneamente se pierde precisión (o se pierde la precisión de una magnitud en beneficio del otro).

El científico no puede estar seguro y la incertidumbre no es suya, es decir, el problema no es que falta una buena tecnología para realizar las dos mediciones con precisión. Nadie inventará nunca dispositivos o métodos maravillosos que resuelvan este problema de medición. No es eso. El principio de incertidumbre es que por sí mismo no se pueden medir todas las cosas con precisión. No tiene sentido físico. Es muy raro y, como hemos dicho, es un principio de la física.

Máquina de fotos

Para entender con intuición podemos compararlo con la fotografía de cosas pequeñas. Hacer una foto muy cercana de una flor, una llave o un insecto es un problema similar.

El problema es que los rayos de luz que llegan a la cámara de fotos de una cosa muy cercana vienen de ángulos muy diferentes. Para fotografiar un insecto es posible que esté a unos quince centímetros del objetivo. A esta distancia la lente es muy ancha en comparación con el insecto, lo que hace muy difícil enfocar la imagen. La lente conduce los rayos hacia el interior de la cámara y su enfoque significa concentrar todos los rayos que provienen del mismo lugar del insecto en un punto concreto dentro de la cámara.

Por ejemplo, si al final concentramos los rayos que provienen de los ojos del insecto dentro de la cámara, los que provienen de las piernas del insecto no se concentrarán en un punto y los veremos sin enfocar.

Esta técnica es más compleja ya que se trabaja con objetivos especiales llamados macros, y el cierre del diafragma de la cámara reduce el problema de los ángulos, entre otros. Sin embargo, independientemente de la técnica, la anchura, profundidad de campo, de la zona enfocada es limitada y el fotógrafo debe elegir lo que estará enfocado, sabiendo que la otra no quedará enfocada.

Para enfocar una cosa es imprescindible dejar sin enfocar a todos los demás. Como la incertidumbre de la física. Si los instrumentos de laboratorio se manipulan para medir con precisión una magnitud --para salir enfocado-, no necesariamente medirán con precisión las otras magnitudes --se dejarán sin enfocar-.

El físico Werner Heissenberg descubrió que estaba desarrollando la base matemática de la mecánica cuántica. Y desde entonces ha habido opiniones contrarias. Muchos no aceptan que la incertidumbre sea una característica de la naturaleza. El propio Albert Einstein no lo aceptaba. Pero todos los experimentos realizados hasta el momento han dado la razón a Heissenberg. En física, las medidas de muchas magnitudes suponen una pérdida de enfoque.