El Principio de Incertidumbre

Un electrón es una partícula subatómica con una masa m. Pero también se comporta como una onda, con una velocidad v, como lo demuestra la relación de De Broglie. Entonces, un electrón tiene tanto características de onda como de partículas.

Desafortunadamente, no es posible presenciar al electrón como una partícula y como una onda al mismo tiempo. Qué sucede cuando se realiza un experimento para observar la naturaleza dual de un electrón? Primero, reconsidere el experimento de la doble rendija donde hay dos aberturas muy próximas.

Cuando un haz de electrones pasa por las rendijas, se produce un patrón de interferencia. Ésta es una propiedad única de las ondas. Cuando los electrones pasan uno por uno, se observa el mismo patrón.

Dado que un electrón es una partícula, debería ser posible monitorear por la rendija o rendijas a través de las cuales viaja. Para estudiar esto, se coloca un rayo láser directamente detrás de las rendijas. Cuando un electrón viaja a través de una rendija, produce un pequeño destello, que indica la rendija por la que acaba de pasar.

Durante el experimento, solo se observan los destellos en solo una de las rendijas a la vez, pero nunca en ambas rendijas simultáneamente. Además, el patrón de interferencia ya no se observa. En cambio, se ven dos líneas brillantes.

Al tratar de observar la naturaleza de las partículas del electrón, su naturaleza ondulatoria se pierde. En otras palabras, el electrón se observa como partícula o como onda, pero nunca como las dos al mismo tiempo. La naturaleza de la partícula y de la onda de un electrón, y por extensión su posición e impulso, son propiedades complementarias.

significa que también es imposible observar simultáneamente la posición exacta y la velocidad de un electrón. Werner Heisenberg relató que la incertidumbre de estas propiedades, representadas por delta-x y m-delta-v, debe ser mayor o igual a una cantidad finita, Constante de Planck, sobre 4 pi. Esto se conoce como el principio de incertidumbre de Heisenberg.

Cuanto más precisa sea la posición del electrón que se conoce, y cuanto menor sea el delta-x, menos certera será la velocidad del electrón que se conoce y mayor el delta-v, y viceversa. Ahora, considere una pelota de golf descansando sobre un tee. Según la física clásica, el camino o trayectoria de la pelota de golf se puede predecir al conocer su posición inicial, la fuerza con la que es golpeada, y el efecto de otros factores, como la gravedad, el viento y la resistencia de aire.

Con estos datos, se puede determinar la posición y la velocidad de la pelota de golf en cualquier momento. Sin embargo, si solo se conoce la ubicación inicial de la pelota de golf, no es posible deducir su posición final. Esto es similar para un electrón, porque su posición y la velocidad no se pueden conocer al mismo tiempo, su trayectoria tampoco se puede predecir.

Esto se conoce como comportamiento de indeterminación de un electrón. Su ubicación actual no puede determinar su posición futura. Por eso, en lugar de describir una posición precisa para un electrón, se utiliza la verosimilitud o probabilidad, de encontrarlo dentro de una determinada región del átomo.

Esto se conoce como densidad de probabilidad, donde cada punto representa la ubicación potencial de un electrón dentro de un átomo. La densidad de puntos es proporcional a la probabilidad de encontrar un electrón. Entonces, es más probable que un electrón sea encontrado más cerca del núcleo del átomo que muy lejos.

Por lo tanto, una representación más precisa del átomo está representada por el núcleo rodeado por su densidad de probabilidad de electrones, que también se conoce como el modelo de nube de electrones.