Principiul incertitudinii, al lui Heisenberg, numit si „principiul nedeterminarii”, specific mecanicii cuantice, afirma ca, pentru o particula apartinand structurii atomice, nu se poate cunoaste simultan si pozitia si viteza sa, existand posibilitatea de a se stabili cu precizie pozitia, ramanand incerta viteza, ori invers. De exemplu, daca un foton (particula elementara de radiatie luminoasa) interactioneaza cu un electron, primul va modifica traiectoria celui de-al doilea, dar si propria viteza si traiectorie. Prin urmare, masuratorile aplicate particulelor subatomice nu pot exprima decat probabilitati. Principiul a fost formulat in 1927, de catre fizicianul german Werner Karl Heisenberg, laureat, in 1932, al Premiului Nobel, pentru contributiile la fundamentarea mecanicii cuantice. In privinta termenilor uzitati, trebuie stiut ca denumirea corecta, pentru care a optat chiar Heisenberg, era “Teoria nederminarii”, dar, o traducere din germana in engleza, de la vremea cand fizicianul german incerca sa isi popularizeze opinia stiintifica, a folosit cuvantul “incertitudine”, in loc de “nedeterminare”, iar in loc de “principiu”, cuvantul corect ar fi fost “teorie”, deoarece a fost demonstrat matematic, si orice principiu verificat printr-o ecuatie matematica devine teorie. Se pare insa ca impactul sintagmei traduse incorect ca “principiul incertitudinii” a fost mai mare, astfel incat, astazi, toti fizicienii accepta formularea eronata.
Mecanica cuantica are ca obiect de studiu descrierea fenomenelor care guverneaza sistemele fizice, la nivel atomic si subatomic. Unul dintre conceptele de baza ale fizicii cuantice este dualitatea unda-corpuscul (unda-particula), potrivit careia orice element al universului atomic prezinta, simultan, proprietati de unda si de particula. Obiectul cuantic, avand o anume extensie in spatiu si o anume durata, nu poate fi reprezentat, asadar, printr-un ansamblu de valori scalare (pozitie, viteza, masurate, cu exactitate, la un moment dat), ci printr-o functie care sa descrie distributia acestora.
Principiul incertitudinii, al lui Heisenberg, se exprima prin inegalitatea Δ E · Δt ≥ ħ/2 (in care Δ E reprezinta energia masurata pe intervalul de timp Δ t, iar ħ (pronuntat „h-bar”) este Constanta lui Planck (energie inmultita cu timp), utilizata, in fizica, pentru a descrie dimensiunile cuantelor. Cuanta este unitatea fundamentala a campurilor fizice, reprezentand cantitatea minima de energie radianta, a carei valoare depinde de frecventa radiatiei, teoria cuantelor avand in vedere fenomenele fizice care au loc la scara atomica si subatomica. Pe la 1900, cand fizicianul german Max Planck a facut supozitia (de care nici el nu era prea convins) ca radiatia electromagnetica nu poate fi emisa decat sub forma de „pachete”, de dimensiuni bine definite, pe care le-a numit cuante, nimeni nu a acordat acestui concept vreo importanta deosebita. Abia cativa ani mai tarziu, Albert Einstein s-a folosit de ideea lui Planck, pentru a demonstra efectul fotoelectric.
In 1911, Ernest Rutherford a stabilit ca atomul are un nucleu pozitiv, in jurul caruia se rotesc electroni, postuland si existenta neutronilor (particule neutre din punct de vedere electric), iar in 1913, Niels Bohr, fizician danez, a reusit sa calculeze cuantele, pornind de la modelul atomului de hidrogen, care are un singur electron. Orbitei pe care se misca un electron dat, Borh i-a atribuit un numar cuantic. Cand un gaz pur este incalzit, spectrul sau nu este continuu, ci un ansamblu de linii discontinue, iar radiatiile, sustinea fizicianul danez, sunt emise doar atunci cand electronul se muta de pe o orbita cu un numar cuantic mai mare, pe o orbita cu un numar cuantic mai mic. Deoarece electronul se deplasa prin „salturi cuantice”, spectrul era discontinuu.
Contributiile ulterioare ale altor fizicieni au adaugat si alte numere cuantice, austriacul Wolfgang Pauli introducand, in 1927, conceptul de „spin”, o proprietate cuantica intrinseca asociata fiecarei particule (asa cum sunt si masa si incarcatura electrica), sustinand ca tot ce trebuie stiut despre un electron poate fi redus la patru numere cuantice (care descriu starea specifica in care se gaseste electronul). Principiul incertitudinii, al lui Heisenberg, formulat in acelasi an (1927), afirma ca determinarea simultana a pozitiei si a momentului unui electron este imposibila. Mai tarziu, acest principiu a fost extins si la alte particule din structura atomului.
In a doua jumatate a secolului al XX-lea, dezvoltarea electrodinamicii cuantice a dus la dezvoltarea si a altor metode de calcul legate de comportamentul particulelor subatomice.
Principiul incertitudinii, al lui Heisenberg, subliniaza, asadar, imposibilitatea masurarii exacte a pozitiei, vitezei si energiei unei particule, instrumentul insusi al masurarii actionand asupra particulei, modificand sistemul caruia ii apartine. Extinzand aceasta constatare dincolo de nivelul subatomic, intr-un sens larg, filozofic, s-ar putea spune ca „nedeterminarea”/”incertitudinea” nu vizeaza ininteligibilul, ci „imprevizibilul”, ceea ce scapa interactiunilor si conditionarilor repetitive, in limite exact determinate, aspect care nu exclude cauzalitatea, dar asupra careia cunoasterea umana trebuie sa mai zaboveasca, pentru a ajunge la o intelegere viabila a Universului si a legilor care il guverneaza.
