Principio de incertidumbre de Heisenberg en la vida diaria

Question

Necesito algunos ejemplos del principio de incertidumbre de Heisenberg en un nivel básico, o si es posible en la vida diaria. O tal vez una explicación simple para la validez del principio en palabras más fáciles. No puedo encontrar ningún ejemplo excepto la medición de la posición y el momento de los electrones con la ayuda de fotones, así que decidí preguntarlo aquí. ¿Existen ejemplos simples?

Answer 1

Si por "vida diaria" te refieres a cosas que experimentamos a diario a nivel macroscópico (en oposición al nivel microscópico), aunque el principio se aplica, lo hace de manera insignificante.

El principio básicamente establece que nunca puedes conocer simultáneamente la posición exacta y la velocidad (momento) de un objeto porque todos los objetos se comportan como tanto partículas como ondas al mismo tiempo. Si conoces la posición exacta, habrá algún error en determinar el momento, y viceversa. En los niveles macroscópicos de la vida diaria, el comportamiento de un objeto ordinario es abrumadoramente de naturaleza particular.

¿Hay ejemplos simples?

Considera una pelota de béisbol de masa $0.145\ \mathrm{kg}$ moviéndose a una velocidad de aproximadamente $40\ \mathrm{m/s}$ ($90\ \mathrm{mph}$). La longitud de onda de De Broglie de la pelota de béisbol está en el orden de $10^{-34}\ \mathrm m$. El diámetro de un átomo ordinario está en el orden de $10^{-10}\ \mathrm m$. En consecuencia, el comportamiento ondulatorio de la pelo

Answer 2

Aunque estoy de acuerdo con tparker cuando dice "Si ejemplos simples del principio de incertidumbre de Heisenberg ocurrieran en la vida cotidiana, entonces se habría descubierto antes de 1927.", tu pregunta me recordó un problema de la Mecánica Cuántica Moderna de Sakurai:

1.22 Estima el orden de magnitud aproximado de la longitud de tiempo que un pico de hielo puede ser equilibrado en su punto si la única limitación es la impuesta por el principio de incertidumbre de Heisenberg. Supón que el punto es afilado y que el punto y la superficie en la que descansa son duros. Puedes hacer aproximaciones que no alteren el orden de magnitud general del resultado. Supón valores razonables para las dimensiones y el peso del pico de hielo. Obtén un resultado numérico aproximado y exprésalo en segundos.

Realmente me gustó este problema porque aprendí dos cosas: primero, que existe una relación de incertidumbre entre el momento angular y el ángulo, un hecho sistemáticamente pasado por alto en la enseñanza de la Mecánica Cuántica a nivel de pregrado. La segunda cosa es que, aunque los efectos del principio de incertidumbre en este ejemplo son prácticamente imperceptibles, ¡la respuesta al problema fue sorprendentemente baja: ~100 segundos!

Answer 3

Tal vez me lo perdí, pero de alguna manera parece que nadie ha mencionado el teorema del ancho de banda. El Principio de Incertidumbre de Heisenberg es simplemente una manifestación de él. Básicamente, si tienes una función $\psi\left(x\right)$, y su transformada de Fourier $\tilde{\psi}\left(\nu\right)$, entonces puedes tener que $\psi\left(x\right)$ sea cero en todas partes excepto en una pequeña región del eje de $x$ (posición precisa), o puedes tener que $\tilde{\psi}\left(\nu\right)$ sea cero en todas partes excepto en una pequeña región del eje de $\nu$ (frecuencia precisa o momento). PERO no puedes tener ambas cosas. La prueba de esto es totalmente clásica.

Manifestaciones de esto son:

(1) interferencia en estaciones de radio. Si transmites en una frecuencia portadora específica (momentum), solo puedes modular esta frecuencia tan rápido en el tiempo (posición) antes de que el ancho de banda necesario para tu señal comience a derramarse en canales cercanos.

(2) lo fácil que es obtener un eco con un sonido de un aplauso. La razón es que el aplauso es corto en tiempo, por lo tanto amplio en frecuencia, mientras que el eco generalmente ocurre a una frecuencia muy precisa, por lo que si no sabes en qué frecuencia está el eco, un aplauso corto (ancha banda) asegurará que golpearás esa frecuencia (y otras)

(3) Límite de difracción en óptica. Si utilizas una longitud de onda específica (frecuencia, momentum) para tu imagen, entonces hay un límite práctico en cuán bien puedes resolver objetos pequeños (posición) debido a la tendencia de la luz a difractarse. Ten en cuenta que esto es clásico - no se necesitan fotones

Hay muchos más ejemplos. Mi mensaje es este.

No pongas el Principio de Incertidumbre en un pedestal. Es una manifestación específica de un fenómeno MUY común.

Answer 4

Aunque se mencionó, reiteraré la difracción de la luz, especialmente a través de una rendija. Específicamente, la luz incidiendo normalmente en una sola rendija.

Y una onda plana infinita como momento transversal cero; pero una vez que atraviesa una rendija, su posición espacial está confinada al ancho de la rendija, lo que lleva a una incertidumbre en el momento transversal, que, en el modelo de fotones, coincide con el HUP.

Answer 5

Verás, el principio de incertidumbre de Heisenberg se trata de la mecánica cuántica, que sucede a una escala microscópica. Sin embargo, vivimos una vida macroscópica, tan grande que no podemos ver quarks, ni siquiera átomos, con nuestros ojos. Por lo tanto, no tendrías ejemplos del principio de incertidumbre de Heisenberg a menos que seas un científico de partículas cuya "vida cotidiana" consista en operar aceleradores de hadrones.