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El principio de incertidumbre en la mecánica cuántica

12.11.2014

La mecánica cuántica es la base de la física moderna del microcosmos y, a pesar de su naturaleza paradójica, funciona a la perfección en todos sus apartados conocidos. Además, de ella también se puede deducir la física clásica (como límite de la mecánica cuántica, tendiendo a cero la constante h de Planck, que determina los fenómenos cuánticos). Entonces podemos hablar de la universalidad de las leyes de la mecánica cuántica. Pero, a pesar del gran éxito, tiene un inconveniente importante. Uno de los pilares de la mecánica cuántica, el principio de incertidumbre de Heisenberg (por ejemplo, la incertidumbre en la determinación de la posición y el momento), no tiene justificación. Por supuesto, el éxito práctico es una justificación suficiente para aceptar esta regla misteriosa, pero esto no impide que los físicos busquen su explicación.

Investigadores de la Universidad del Sur de California, el renombrado teórico de cuerdas, el profesor Yitzhak Bars, y su estudiante graduado ruso Dmitry Rychkov (graduado de la Universidad Estatal de Moscú en 2005), intentaron explicar el origen del principio de incertidumbre de Heisenberg derivándolo de la teoría del campo de cuerdas. Este resultado se publica en Physics Letters.

Como saben, la teoría de cuerdas se propuso en la década de 1970 para resolver los problemas de la gravedad cuántica y el modelo estándar. El éxito de la física cuántica al describir las tres interacciones fundamentales no gravitatorias lleva a los físicos a la idea de que la interacción gravitatoria puede describirse de la misma manera. Pero, a pesar de la investigación activa durante muchas décadas, aún no se ha creado la teoría cuántica de la gravedad.

La teoría de cuerdas asume que la unidad básica de la materia es una cuerda microscópica (del orden de la longitud de Planck de 10–35 m), y no un punto, y que las posibles interacciones de la materia son fusiones o divisiones de estas cuerdas. Durante cuatro décadas, los físicos han estado trabajando en esta dirección. La teoría ha pasado por dos altibajos: revoluciones y periodos de declive. La dificultad radica en el hecho de que no existen datos experimentales sobre la teoría de cuerdas. Los experimentos a escalas tan pequeñas están actualmente más allá de las posibilidades técnicas de la ciencia. Debido a esto, varios físicos incluso consideran que la teoría de cuerdas son solo "trucos matemáticos". El trabajo de los científicos se apoya en la esperanza de crear una "teoría del todo", así como responder preguntas inaccesibles al Modelo Estándar, por ejemplo, por qué los quarks y los leptones tienen una carga eléctrica, un color y un sabor que los distinguen unos de otros. cómo determinar la constante de estructura fina a partir de la teoría 1/ 137 y otras constantes, etc.

Pero hasta ahora, los investigadores han asumido que la teoría de cuerdas se crea de acuerdo con la mecánica cuántica y solo han trabajado para usar la mecánica cuántica para probar la teoría de campos de cuerdas.

Los autores de este artículo decidieron hacer lo contrario. Después de asumir que la teoría del campo de cuerdas era correcta, la usaron para tratar de confirmar la mecánica cuántica.

En un artículo que reformula la teoría del campo de cuerdas en un lenguaje más claro, Itzhak Bars y Dmitry Rychkov han demostrado que un conjunto de principios fundamentales de la mecánica cuántica conocidos como "reglas de conmutación" (principios de incertidumbre) pueden derivarse de la geometría de fusión y división de cuerdas. Así, en lugar de aceptar las reglas de conmutación cuántica como un postulado, los autores las derivan del proceso físico de las interacciones de cuerdas.

Este resultado puede servir como argumento a favor de la "fisicalidad" de la teoría de cuerdas. Después de todo, si con su ayuda es posible explicar el origen de las leyes de la mecánica cuántica, entonces, según Yitzhak Bars, esto no solo "podrá desentrañar el misterio de dónde proviene la mecánica cuántica", sino que también abrirá la puerta. porque el reconocimiento de la teoría del campo de cuerdas, o su variante aún no desarrollada más ampliamente, llamada teoría M, es la base de toda la física.

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