El principio de incertidumbre de Heisenberg
Summary
TLDREl vídeo explica el principio de incertidumbre de Heisenberg, un concepto clave de la mecánica cuántica. Se conecta con la transformada de Fourier, que descompone señales en funciones armónicas. Se ilustra cómo la precisión en la medición de la posición de una partícula limita la precisión en su momento. La constante de Planck determina la escala en la que el principio se aplica, siendo relevante en escalas nanométrica. El principio de incertidumbre revoluciona la comprensión del universo, poniendo fin al determinismo y permitiendo fenómenos como la creación espontánea de materia.
Takeaways
- 🌌 El principio de incertidumbre de Heisenberg ha cambiado significativamente nuestra comprensión del universo.
- 🏆 Werner Heisenberg fue un físico alemán premiado con el Nobel por su contribución a la mecánica cuántica.
- 🔄 La transformada de Fourier, desarrollada por Joseph Fourier, descompone señales en funciones armónicas y conecta el tiempo con la frecuencia.
- 📶 Las funciones más estrechas en el tiempo requieren de un mayor número de componentes armónicos en el dominio de la frecuencia.
- 🌊 La mecánica cuántica revela que electrones no son solo partículas sino también ondas, lo que conecta la posición y el momento con la energía y el tiempo.
- 📏 La formulación matemática del principio de incertidumbre es simple, pero sus consecuencias son profundas.
- 🛠️ El principio de incertidumbre se puede entender con el ejemplo de una ecuación de área en carpintería, donde la relación entre los lados de un rectángulo cumple con una condición similar.
- 📉 La constante de Planck es muy pequeña, lo que significa que el principio de incertidumbre no se aplica a escalas macroscópicas.
- 🔬 En la escala de partículas, la incertidumbre en la posición de una partícula aumenta la incertidumbre en su momento, cumpliendo así con el principio de incertidumbre.
- ⚙️ El principio de incertidumbre pone fin al determinismo en el universo y introduce la idea de que no se pueden conocer simultáneamente con exactitud la posición y la velocidad de una partícula.
- 🌐 El principio de incertidumbre también tiene implicaciones para la energía del vacío y la creación espontánea de materia.
Q & A
¿Quién fue Werner Heisenberg y qué logró con su principio de incertidumbre?
-Werner Heisenberg fue un físico alemán que ganó el Premio Nobel de Física por sus desarrollos en mecánica cuántica, y el principio de incertidumbre es una de sus contribuciones más significativas, cambiando la forma en que entendemos el universo.
¿Qué es la transformada de Fourier y qué relación tiene con el principio de incertidumbre?
-La transformada de Fourier es una herramienta matemática que permite descomponer cualquier señal continua en una suma infinita de funciones armónicas. Esta transformada conecta el dominio del tiempo con el dominio de la frecuencia, lo que es similar a cómo el principio de incertidumbre conecta la precisión en la medición de la posición con la precisión en la medición del momento.
¿Qué implica la relación entre las funciones más estrechas en el tiempo y las funciones más anchas en el dominio de la frecuencia?
-La relación indica que señales más abruptas o estrechas en el tiempo requieren un espectro de frecuencias más amplio para su representación, lo que tiene implicaciones en la física cuántica similares a cómo la incertidumbre en la posición de una partícula requiere una incertidumbre correspondiente en su momento.
¿Qué es el principio de incertidumbre de Heisenberg y cómo se relaciona con las partículas y las ondas?
-El principio de incertidumbre de Heisenberg establece que no es posible conocer simultáneamente con precisión la posición y el momento de una partícula, ya que son como ondas que se propagan en el espacio y el tiempo, lo que limita la precisión de las mediciones.
¿Cómo se puede entender matemáticamente el principio de incertidumbre?
-El principio de incertidumbre se puede entender matemáticamente a través de la ecuación delta x * delta p >= h/4π, donde delta x es la incertidumbre en la posición y delta p es la incertidumbre en el momento.
¿Qué significa el ejemplo de la mesa rectangular en el vídeo para entender el principio de incertidumbre?
-El ejemplo de la mesa rectangular ayuda a entender el principio de incertidumbre al ilustrar cómo una condición (el área de 15 metros cuadrados) limita las posibles combinaciones de los lados de la mesa, similar a cómo la incertidumbre en la posición limita la incertidumbre en el momento.
¿Cuál es la constante de Planck y por qué es importante en el principio de incertidumbre?
-La constante de Planck (h) es una constante fundamental de la naturaleza que aparece en la ecuación del principio de incertidumbre. Es importante porque establece la escala a la que la incertidumbre se manifiesta en la física cuántica.
¿Cómo afecta el principio de incertidumbre la medición de la energía y el tiempo?
-El principio de incertidumbre implica que al medir con precisión la energía de una partícula, estamos afectando la precisión con la que podemos medir el tiempo y viceversa, lo que limita nuestra capacidad para conocer ambos valores simultáneamente.
¿Qué es la energía del punto cero y cómo está relacionada con el principio de incertidumbre?
-La energía del punto cero es la energía mínima que puede tener el vacío, según el principio de incertidumbre. Esta energía puede tener consecuencias significativas en el universo, como la creación espontánea de materia.
¿Cómo el principio de incertidumbre pone fin al determinismo en la física?
-El principio de incertidumbre pone fin al determinismo al demostrar que no es posible predecir con exactitud el comportamiento futuro de un sistema, ya que la precisión en la medición de ciertas magnitudes físicas está inherentemente limitada.
Outlines
🌌 Principio de incertidumbre de Heisenberg
Este párrafo introduce el principio de incertidumbre de Heisenberg, un concepto fundamental de la física cuántica. Se menciona a Joseph Fourier y su transformada, que conecta el tiempo con la frecuencia, y cómo las señales más estrechas en el tiempo requieren una banda de frecuencia más ancha. Se hace un paralelismo con la mecánica cuántica y cómo la posición y el momento están conectados, lo cual lleva a la formulación del principio de incertidumbre. Se explica que este principio establece que no se pueden conocer simultáneamente con precisión la posición y el momento de una partícula, y se usa el ejemplo de una mesa rectangular para ilustrar cómo una ecuación puede restringir las variables.
📏 Aplicación práctica del principio de incertidumbre
En este segundo párrafo, se profundiza en la implicación práctica del principio de incertidumbre. Se explica que mientras en el mundo macroscópico la incertidumbre en la posición de objetos como coches es grande y no se aplica la ecuación de incertidumbre, en el mundo de las partículas subatómicas, donde las distancias se miden en nanómetros, la ecuación se hace relevante. Se enfatiza que medir con precisión una propiedad, como la posición o la energía, afecta la precisión con la que se puede medir la propiedad conjugada, como la velocidad. Esto pone fin al determinismo y sugiere que el vacío no está en reposo, sino que tiene una energía mínima que podría tener consecuencias significativas para el universo.
Mindmap
Keywords
💡Principio de incertidumbre de Heisenberg
💡Mecánica cuántica
💡Transformada de Fourier
💡Frecuencia
💡Posición
💡Momento
💡Constante de Planck
💡Determinismo
💡Energía del punto cero
💡Creación espontánea de materia
Highlights
Introducción al principio de incertidumbre de Heisenberg
Heisenberg fue un físico alemán premiado con el Nobel por su trabajo en mecánica cuántica
La transformada de Fourier conecta el dominio del tiempo con el dominio de la frecuencia
La relación entre señales en el tiempo y su descomposición en frecuencias
Las funciones más estrechas en el tiempo requieren de un mayor número de componentes armónicos
La implicación de la transformada de Fourier en la física y la ingeniería
La conexión entre la posición y el momento en la mecánica cuántica
La formulación matemática del principio de incertidumbre es simple pero sus consecuencias son profundas
La ecuación de incertidumbre no es una ecuación tradicional sino una relación entre dos magnitudes
La analogía de la mesa rectangular para explicar la relación entre dos magnitudes
La constante de Planck y su papel en la ecuación de incertidumbre
La incertidumbre en la posición y en el momento en la física cuántica
La incertidumbre en la velocidad y cómo se relaciona con la incertidumbre en la posición
La incertidumbre en la posición y velocidad de partículas a escalas muy pequeñas
Las implicaciones del principio de incertidumbre en la medición de partículas
El principio de incertidumbre pone fin al determinismo en la física
El principio de incertidumbre y sus posibles consecuencias en el universo
El humor en la física cuántica y cómo el principio de incertidumbre se relaciona con la vida cotidiana
Transcripts
hoy vamos a ver uno de los principios
que más ha cambiado la forma en que
vemos el universo el principio de
incertidumbre de heisenberg
[Música]
eisenberg era un físico alemán que no no
no no es dejais en vez del otro como
decía hai sin meter a un físico alemán
que ganó el premio nobel de física con
sus desarrollos en mecánica cuántica
para poder entender el principio de
incertidumbre correctamente primero
tenemos que hablar de un amigo mío
joseph fourier bueno amigo mío y de
todos los que nos hemos atrevido a
estudiar una ingeniería porque la
transformada de fourier aparece por
todas partes
courier nos cuenta en su teorema que
cualquier señal continua por muy rara o
compleja que sea se puede descomponer
con una suma infinita de funciones
armónicas senos y cosenos funciones
armónicas que como todos sabrán están
caracterizadas por su amplitud y su
frecuencia y que por la relación de
oyler se puede poner como una
exponencial compleja lo veis la
transformada de fourier está conectando
el dominio del tiempo con el dominio de
la frecuencia y lo hace de una forma muy
particular atentos las funciones más
estrechas en el tiempo más abruptas
requieren de mayor número de componentes
armónicas es decir se descomponen como
funciones más anchas en el dominio de la
frecuencia las funciones más
en el tiempo se descomponen como
funciones más estrechas en el dominio de
la frecuencia lo cual de paso explica
que enviar señales a alta velocidad
pulsos cortos requiere una región amplia
del espectro de frecuencias mucho ancho
de banda como el que tú necesitas por
ejemplo para descargarte un vídeo
dejemos a fourier por un rato y vamos a
la mecánica cuántica y sus rarezas
recordaréis lo que dijo louis de
brownlee hace un siglo y le hizo ganar
el premio nobel de física si los
electrones no son sólo partículas sino
también ondas ondas que se propagan en
el espacio y en el tiempo así que
resulta que la posición y el momento y
la energía y el tiempo están conectados
te has dado cuenta
ahí está el principio de incertidumbre
la formulación matemática del principio
de incertidumbre es asombrosamente
simple
y sus consecuencias son alucinantes
vayamos por partes qué quiere decir esta
ecuación bien empecemos por el principio
no es una ecuación es una ecuación de en
que no hay un signo igual después de eso
y una ecuación funciona de una forma
diferente a una ecuación vamos a verlo
con un ejemplo imagínate que eres
carpintero y entran en tu tienda
pidiéndote una mesa rectangular pero te
dice el cliente que la quiere para una
cena de navidad ya sabes está con toda
tu familia los sobrinos los cuñados y
esas cosas y que le da igual cómo son
los lados pero que el área como poco
tiene que ser de 15 metros cuadrados tú
que además de carpintero eres físico
porque de ver los vídeos de edad de un
voltio te pones a pensar el área de un
rectángulo es lado por lado por lo que
nuestro cliente nos está poniendo un
condicionante tipo
una ecuación de las de toda la vida así
que te pones manos a la obra
tienes listones que pueden ser de un
metro de dos de tres de cuatro y así
sucesivamente pero no te vale cualquier
combinación si tomas un lado de 10
metros el otro no puede ser de 1 pero sí
de 2 quedaría 20 metros cuadrados que es
mayor que 15 si en su lugar tomas uno de
5 metros de lado ahora para el otro lado
ya no te sirve uno de dos metros tiene
que ser de tres en general podemos ver
que reducir uno de los lados hace que el
otro tenga que aumentar para mantener el
mínimo en este caso 15 metros cuadrados
podemos concluir que en un aine cuestión
como ésta cuando uno de los dos factores
baja el otro tiene que subir por fuerza
para cumplir la ecuación bien sigues en
tu carpintería y te lleva a un cliente
un poco raro dice que va a organizar una
cena para armani sus amigos y quiere una
mesa rectangular le da igual el tamaño
de cada lado siempre y cuando el área de
la mesa sea mayor de 15 centímetros
cuadrados tú que eres fan de atún voltio
rápido caes en la cuenta no tienes que
darle demasiadas vueltas con tus
listones de múltiplos de un metro de
lado da igual cualquier combinación
cumple con las necesidades del cliente
ya sea un metro 2 3 4 10
no hay ninguna restricción en este caso
así que puedes concluir y estarás
acercando que cuando la condición es
mucho menor que los factores la
restricción no aplica ahora volvamos de
nuevo a nuestro tema el principio de
incertidumbre una ecuación del tipo
qué quiere decir pues delta x es la
incertidumbre en la posición de por
ejemplo una partícula es decir el rango
en el que sabemos que se encuentra esa
partícula una incertidumbre baja quiere
decir que sabemos bastante bien la
posición de la partícula con muy alta
precisión una alta que no tenemos mucha
idea de dónde se encuentra mucha
incertidumbre del tape es algo similar
pero con el momento el producto de la
masa por la velocidad para partículas de
masa definida por simplificar vamos a
imaginar que el tape es la incertidumbre
sobre la velocidad del tape baja implica
que sabemos muy bien la velocidad a la
que se mueve una partícula del tape alta
lo contrario y estarás de acuerdo
conmigo está en ecuación se parece mucho
a la que nos pedían en la carpintería
cierto así que podemos aplicar lo que
hemos aprendido trabajando allí vamos h
la constante de planck es ridículamente
pequeña es 0 0 33 06 63 julios por
segundo por lo que para valores
corrientes del tapeo delta x está in
ecuación carece de valor podemos decir
que la restricción no aplica por ejemplo
no encontramos el coche en el parking
donde lo hemos dejado su incertidumbre
en la posición es de 300 metros
el principio de incertidumbre sobre la
incertidumbre de la velocidad realmente
nada la escala es tan diferente que
directamente podemos decir que no aplica
pero qué ocurre si en vez de coches o
motos hablamos de partículas ahí la cosa
cambia porque la incertidumbre en la
posición pasa de metros a nanómetros oa
nuestros valores comparables con el
valor de la constante de planck en este
caso podemos recurrir a lo que
aprendimos en la carpintería sin la
incertidumbre en la posición es baja la
incertidumbre en la velocidad o el
momento tiene que subir para poder
cumplir la ecuación y viceversa bien
ahora ya pueden entender las
implicaciones del principio de
incertidumbre en nuestro universo cuando
medimos con precisión la posición o la
energía de una partícula estamos a la
vez afectando la precisión con la que
podemos medir su magnitud conjugada que
sería la velocidad o el tiempo en este
caso siendo imposible conocer con
exactitud ambas de forma simultánea
simplemente es imposible y no es una
cuestión de que nuestros sistemas de
medida no sean suficientemente buenos es
una restricción que impone la misma
naturaleza como es algo que nos sentimos
en el día a día es sencillamente
nuestras incertidumbres de metros o
segundos
demasiado grandes para que la in
ecuación sea efectiva o de otra manera
la constante de planck es ridículamente
pequeña demasiado para que algo así lo
podamos notar el principio de
incertidumbre es uno de los resultados
científicos que más impacto ha tenido en
nuestra forma de entender el universo
pone fin a una de las más amadas
visiones sobre el cosmos el determinismo
según el cual el universo funciona como
una partida de billar sabiendo
perfectamente la posición de cada bola y
la velocidad con la que se mueven sobre
la mesa podemos predecir exactamente
dónde estará y cómo se moverá cualquier
bola en cualquier momento futuro además
impone una energía mínima al propio
espacio vacío la energía del punto cero
que podría tener insospechables
consecuencias sobre el propio universo y
permite la creación espontánea de
materia allí donde no hay nada
rompiendo durante un corto tiempo el
mismísimo principio de conservación de
la energía no hay lugar a dudas que el
principio de incertidumbre es una de las
cumbres del pensamiento humano porque
entre otras cosas nos permite contar
chistes como este porque los físicos
cuánticos nunca tienen sexo porque
cuando encuentran el momento no
encuentran la posición
pues esto es todo por hoy no olvides
suscribirte para no perderte nada y si
te quedas con más curiosidad sobre la
física cuántica puedes saber más en mi
blog personal date un blog hasta el
próximo vídeo
y todo
5.0 / 5 (0 votes)