El Papel del Principio de Incertidumbre

En su forma más básica, el principio de incertidumbre establece que no se puede simultáneamente determinar la posición y el momento de una partícula, con una precisión arbitrariamente alta. Otra forma de establecerlo es, que no se puede determinar simultáneamente la energía y el tiempo de una partícula. ¿Y qué?.

El principio de incertidumbre tiene su origen en el hecho de que en un nivel fundamental, una partícula se describe más precisamente por una función de onda mecánica cuántica, y la naturaleza de la conexión entre la posición y el momento de esta función de onda, se opone a la medición simultánea precisa de posición y momento. Esto se puede mostrar gráficamente a partir de la conexión entre la longitud de onda de la función de onda de las partículas, y la probabilidad de encontrar la partícula en una posición dada. OK, esto todavía no sondea el hondo significado del principio de incertidumbre en la estructura del universo.

El nivel en el que la importancia del principio de incertidumbre comienza a ser evidente, es al considerar la energía de confinamiento necesaria para mantener una partícula dentro de un volumen dado, por ejemplo en el interior de un átomo o en el interior de un núcleo. Si la incertidumbre de la posición se hace muy pequeña, conteniendo una partícula como un electrón en el pequeño volumen de un átomo, entonces la incertidumbre del momento se hace grande. Si son posibles grandes cantidades de movimiento, esto implica una alta energía, por lo que en un nivel muy fundamental en la naturaleza, llegamos al hecho de que confinar una partícula dentro de un pequeño volumen, requiere una alta energía. Visto desde otra perspectiva, si se tiene una cierta cantidad de energía de confinamiento proveídas por las fuerzas electromagnéticas en un átomo, estas determinan el tamaño del átomo -el volumen dentro del cual, esa cantidad de energía puede contener electrones-. Si se intenta confinar un electrón en un núcleo, se encuentra que no se puede hacer, porque no se dispone de suficiente energía. Sin embargo, se puede contener protones y neutrones dentro del mas pequeño volumen de un núcleo, con la energía disponible proveída por la interacción nuclear fuerte.

El objetivo de este estudio es hacer hincapié de que la energía disponible determina el tamaño debido al principio de incertidumbre. La energía disponible a partir de la fuerza nuclear fuerte y la fuerza electromagnética determinaron el tamaño de los núcleos y átomos, antes de que hubiera cualquier núcleo y átomo. Es decir, parece que el principio de incertidumbre, que depende directamente de la constante de Planck, fué una característica original del Big Bang, antes de que el universo se hubiera enfriado hasta el punto donde los núcleos y los átomos fueron estables.

Otro punto de vista de las limitaciones que determinan los enlaces de los átomos y núcleos, muy temprano en el Big Bang, implica el examen de las constantes de acoplamiento que caracterizan a las cuatro fuerzas fundamentales. Esas constantes de acoplamiento expresan las intensidades relativas de estas fuerzas, y por lo tanto, la energía que puede ser aportada por cada una, y por lo tanto el tamaño del confinamiento, que cada una podía gestionar para los protones, neutrones y electrones que surgieron en el Big Bang. Por lo tanto, se podría decir que el tamaño de las constantes de acoplamiento, determinaron el tamaño y la estructura de los sistemas que podieron surgir en el universo.