Manuel Fernández-Guasti mexicano, publica en Physics Letters A (2022) una evaluación experimental y visualización directa del producto de incertidumbres Δx·Δp usando un montaje óptico con detección espacio-tiempo (streak camera) y dos láseres.
El asombro como punto de partida
Permíteme empezar no con una ecuación, sino con una escena. Porque la ciencia —como la buena filosofía— no comienza con símbolos, sino con asombro.
Imagina a un estudiante, a un ciudadano cualquiera, a un niño incluso, preguntando algo aparentemente sencillo:
¿Dónde está una partícula y qué tan rápido se mueve?
Durante siglos, la física respondió con seguridad: si sabemos medir bien, podemos saber ambas cosas. Esa confianza construyó puentes, motores, telescopios y satélites. Pero en 1927, Werner Heisenberg escribió una frase que cambió para siempre nuestra relación con el conocimiento:
no es posible conocer simultáneamente la posición y el momento de una partícula con precisión arbitraria.
No porque nuestros instrumentos sean torpes.
No porque aún “no sepamos cómo hacerlo”.
Sino porque el universo no lo permite.
Ese es un golpe intelectual profundo. Y, sin embargo, durante décadas lo enseñamos como una verdad abstracta, casi ritual. Se repite en pizarrones, se memorizan fórmulas, se pasa el examen… y seguimos adelante. Pero rara vez vemos la incertidumbre. Rara vez la sentimos operar frente a nuestros ojos.
Por eso este experimento —realizado en México— importa tanto.
El principio de Heisenberg
En mecánica cuántica, posición x y momento p no son “dos datos” que el mundo guarda tranquilamente. Son observables asociados a operadores que no conmutan:
[x, p] = iħ
De ahí se deriva (bajo supuestos estándar) la relación:
Δx · Δp ≥ ħ/2
Interpretación sobria:
Δx mide la dispersión (incertidumbre estadística) en posición
Δp mide la dispersión en momento
El producto no puede bajar de un mínimo.
Importante: esto no es “el instrumento es malo”. El artículo insiste en separar “incertidumbre cuántica” de “resolución instrumental” y compara explícitamente ambas. (luz.izt.uam.mx)
El problema clásico: “sí, pero… ¿dónde está el experimento?”
Durante un siglo se han hecho demostraciones indirectas y muchas verificaciones compatibles con la incertidumbre. Pero hay un matiz que obsesiona (y con razón) a cualquiera que piense como físico:
si mides posición y momento “en momentos distintos” o “con montajes que no comparten región”, siempre te pueden decir que no es una medición conjunta real.
Lo que Fernández-Guasti intenta es algo muy concreto: construir una medición conjunta en la misma región espacio-tiempo, usando fotones y un sistema de detección que registra posición versus tiempo en un solo disparo experimental.
Ahí está la apuesta.
El experimento
El montaje es elegante porque es “casi” un experimento de doble rendija… con una vuelta de tuerca:
1) Dos “rendijas” iluminadas por dos láseres independientes
El sistema es equivalente a un Young de dos rendijas, pero cada “rendija” está iluminada por un láser monomodo independiente (CW Nd:YAG). (luz.izt.uam.mx)
Se seleccionan segmentos temporales cortos (por ejemplo ~50 ns) con un modulador acusto-óptico (AOM), y los haces se expanden y se superponen en la entrada de la cámara de barrido (streak camera). (luz.izt.uam.mx)
¿Por qué dos láseres independientes?
Porque así puedes tener dos modos con:
direcciones ligeramente distintas (diferente vector de onda)
frecuencias ligeramente distintas (beat frequency)
Esa combinación produce franjas de interferencia inclinadas en el plano x-t.
2) El detector: una cámara “streak” (posición vs tiempo)
La streak camera hace algo precioso: convierte el tiempo en un eje espacial interno. La luz llega a una fotocátodo; si un fotón llega a (x,t), emite un fotoelectrón; luego el sistema barre esos electrones en la dirección y, así, registra un mapa bidimensional:
Imagen = densidad de eventos ~ función de (x, t)
El paper lo describe como “un osciloscopio óptico multicanal”: posición en un eje, tiempo en el otro. (luz.izt.uam.mx)
3) ¿Dónde entra Δx? En la apertura (slit)
La posición queda “recortada” por una rendija variable en la entrada. Si abres mucho, permites una región grande de x; si cierras, restringes x.
En el paper, por ejemplo, se reporta un caso con apertura amplia ~10 mm (Δx ~ 9.31×10^-3 m) y luego aperturas menores (Δx ~ 2.01×10^-3 m) y aún más reducidas (~0.36 mm). (luz.izt.uam.mx)
Esto es crucial: Δx se controla experimentalmente con la apertura (o equivalentes máscaras sobre el registro). (luz.izt.uam.mx)
4) ¿Y Δp? El truco es la pendiente de las franjas
Aquí viene la parte más “de laboratorio” y más bonita para divulgar.
Si tienes interferencia de dos modos con diferencia de frecuencia δω, aparece un patrón que “late” en el tiempo. En el mapa x-t, las franjas quedan inclinadas. La pendiente dx/dt se relaciona con la diferencia de vectores de onda y con la diferencia de frecuencia.
El paper usa esa pendiente para construir una estimación operacional del momento transversal (en x) y, sobre todo, su incertidumbre, usando máximas y mínimas pendientes observables:
Δp_x = ħ (δω / 2) * [ ( (dx/dt)_max − (dx/dt)_min ) / ( (dx/dt)_max (dx/dt)_min ) ]
(En el artículo aparece como ecuación (5), en forma equivalente). (luz.izt.uam.mx)
Y δω (diferencia de frecuencias) la extraen del batido temporal: suman fotones en una región (ROI) y obtienen una señal con “beats” de la que estiman δω (por ejemplo ~717 ± 19 MHz en un caso). (luz.izt.uam.mx)
5) Lo que se “ve”
Cuando la rendija está abierta:
las franjas tienen pendiente clara
la incertidumbre de pendiente (y por tanto de momento) es menor
Δx es grande, Δp más acotada
Cuando cierras la rendija:
restringes Δx
las franjas se vuelven más difíciles de discernir y su pendiente más incierta
Δp crece
El paper lo dice sin adornos: al reducir Δx, aumenta Δp “consistent with Heisenberg’s principle” y, además, se “visualiza directamente” esa compensación en los datos.
6) “¿Y si todo fuera culpa del instrumento?”
Buena objeción. Y el artículo la enfrenta: compara la resolución instrumental de posición y la resolución instrumental asociada al momento con los valores medidos, y concluye que las incertidumbres dominantes no provienen del aparato, sino del carácter cuántico del sistema (en sus condiciones experimentales). (luz.izt.uam.mx)
Lo que realmente se logró
Lo logrado: un procedimiento experimental que permite registrar simultáneamente (x,t) un patrón interferométrico de fotones altamente atenuados (casi “conteo de eventos”), y a partir de ello evaluar Δx y Δp_x de manera operacional en una misma región experimental, mostrando que el producto se mantiene por encima del límite cuántico. (luz.izt.uam.mx)
Lo que no conviene decir mal:
No es “ver la incertidumbre como una nube mística”; es inferir dispersión estadística a partir de un montaje específico.
No es “romper la cuántica”: es mostrar su estructura en un registro más directo.
Y el punto delicado (para puristas) es la discusión formal sobre “posición del fotón”; el propio paper menciona el caveat de la posición para fotones y cómo lo maneja operativamente en un contexto de detección.
Por qué esto importa hoy (más allá del orgullo nacional)
Hay una razón contemporánea para que esto sea relevante: la física cuántica se volvió ingeniería.
Entre computación cuántica, metrología, interferometría avanzada, comunicación cuántica y sensores, la pregunta es la misma:
¿Qué límite es “tecnológico” y cuál es “ontológico”?
Este experimento, incluso si lo lees como una pieza pedagógica avanzada, empuja en la dirección correcta: hace que el límite cuántico tenga rostro experimental.
Y además es un recordatorio con humor involuntario para la era de “todo se mide”:
📱 Tu reloj mide tu sueño. Tu app mide tus pasos. Tu cámara mide tu cara…
…pero el universo te dice: “hasta aquí”.
Lo que la incertidumbre nos obliga a hacer
Si la física clásica soñaba con el ideal laplaciano —un demonio que, con posición y velocidad exactas, predice el futuro—, la incertidumbre de Heisenberg es el “no” más elegante de la historia. No es un “no” político ni emocional; es un “no” matemático que nace de la estructura de la teoría.
Aquí hay un giro filosófico profundo: la incertidumbre no es ignorancia accidental, sino una propiedad de cómo el mundo permite que el conocimiento exista.
Kant distinguía el fenómeno (lo que aparece bajo nuestras formas de intuición) y el noúmeno (lo que es “en sí”). Con Heisenberg y la mecánica cuántica, esa frontera se vuelve rara: lo que llamamos “propiedad” parece depender del tipo de pregunta que hacemos (del aparato, del observable). No porque “inventemos” el mundo, sino porque el acceso al mundo tiene estructura. En lenguaje más moderno, la medición no es una ventana pasiva: es una interacción con consecuencias.
Popper insistía en que la ciencia avanza por conjeturas y refutaciones; aquí la refutación no es de Heisenberg, sino de un prejuicio: la idea de que “lo real” debe poder determinarse por completo. Kuhn recordaría que los conceptos de “medición” y “observable” cambian con el paradigma; lo que este experimento ofrece es un gesto kuhniano: una visualización que vuelve más intuitivo un rasgo del paradigma cuántico para públicos no especializados.
Y ahora, la parte ética-epistemológica: en tiempos donde la tecnología promete control total (del clima, del genoma, de la atención, del mercado), la incertidumbre funciona como vacuna intelectual contra el totalitarismo de la medición. No por misticismo, sino por humildad racional: hay límites que no se negocian con presupuesto.
¿Soluciones o “salidas” filosóficas? No en el sentido de “arreglar la cuántica” (no hay nada roto), sino en el sentido de cómo vivir y pensar con ella:
Educación metrológica: enseñar incertidumbre como parte del significado de medir, no como un “error”. Este experimento ayuda porque hace visible la compensación Δx ↔ Δp.
Realismo sobrio: evitar el falso dilema “todo es subjetivo” vs “todo es determinista”. La cuántica sugiere un realismo donde hay estructura objetiva (las relaciones, los límites), aunque algunas “propiedades” no sean simultáneamente asignables.
Responsabilidad conceptual en divulgación: no vender la incertidumbre como magia (“la realidad se crea al observar”), sino como un hecho técnico: no conmutatividad, dispersión estadística, límites de preparación/medición.
Filosofía pública de la ciencia: este tipo de logros, hechos en México, deberían alimentar una conversación cultural: no solo “tenemos talento”, sino “tenemos preguntas profundas”. En un país donde la ciencia a veces se trata como lujo, un experimento así recuerda que pensar con rigor también es una forma de soberanía.
En resumen: cuando un límite se vuelve visible, la cultura cambia. La incertidumbre deja de ser un símbolo y se vuelve un hábito intelectual. Y eso, hoy, vale oro.
Mini-sección técnica
Conmutador:
[x, p] = iħ
Incertidumbre (Heisenberg):
Δx · Δp ≥ ħ/2
Relación operacional usada en el paper (forma conceptual):
Δp_x ~ función(δω, pendientes dx/dt)
Estimación citada en el artículo (idea central):
Δp_x = ħ (δω / 2) * [ ( (dx/dt)_max − (dx/dt)_min ) / ( (dx/dt)_max (dx/dt)_min ) ] (ver ecuación (5) del paper)
Ejemplo reportado (orden de magnitud, caso de apertura amplia):
Δx ≈ 9.31×10^-3 m
Δp_x ≈ ħ × 1.211×10^2 m^-1
Δx·Δp_x ≈ 1.128 ħ > ħ/2 (valores mostrados en figuras del artículo)
IX. Referencias (válidas, para pegar al final)
M. Fernández-Guasti, “Quantum uncertainty: ΔxΔp experimental evaluation and direct visualization”, Physics Letters A 448 (2022) 128332. DOI: 10.1016/j.physleta.2022.128332 (luz.izt.uam.mx)
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