¿El principio de incertidumbre de Heisenberg es responsable de que los electrones no tengan una ubicación específica hasta que se miden?

No realmente directamente, aunque todos los aspectos de la física cuántica están de alguna manera relacionados entre sí. Además, está haciendo dos preguntas distintas en el título y en el comentario.

Heisenberg y Schrodinger tenían puntos de vista radicalmente diferentes y versiones teóricas sobre la física cuántica, y de hecho a cada uno de ellos le disgustaba mucho la versión del otro hasta el punto de involucrarse en varios argumentos amargos. La física cuántica de Heisenberg se basaba en matrices, estructuras matemáticas que eran bastante difíciles y ofrecían poca o ninguna visualización mental de lo que estaba sucediendo. Probaron muy precisos para el caso simple del átomo de hidrógeno, superando con éxito el modelo de Bohr que todos en el momento ya sospechaban que era solo una aproximación útil, pero el método se volvió intratablemente difícil para átomos más complejos.

Schrodinger, por otro lado, asumió los aspectos de onda de los experimentos al pie de la letra y desarrolló su formulación radicalmente diferente basada en su famosa ecuación de función de onda, que aunque de alguna manera esotérica proporcionó una visualización mucho más fácil de los fenómenos cuánticos (al menos solo abstractos). En la visión moderna, el hecho de que las mediciones de posición o momento solo pueden predecirse probabilísticamente se entiende mejor a partir de la formulación de ondas de Schrodinger que estrictamente a partir del Principio de incertidumbre (HUP) de Heisenberg.

Además, tenga en cuenta que el HUP solo se aplica al futuro, no al pasado. Para una partícula en el pasado podemos aprender su posición e impulso con precisión arbitraria. Es solo cuando intentamos predecir las propiedades de la partícula en la próxima medición que nos enfrentamos con la imposibilidad de predecirlas con precisión.

En cuanto a la pregunta en el comentario, no, ese no es el caso, aunque es una cuenta popular frecuente. Los experimentos modernos pueden realizar mediciones sin interactuar con la partícula en sí, sin afectar su posición o momento de ninguna manera, y aún así producen resultados perfectamente en línea con la teoría cuántica estándar. Incluso es posible producir resultados a partir de “mediciones nulas”, es decir, al “medir lo que no es la partícula” podemos inferir qué es la partícula sin interactuar con ella.

No.

No hay estados para los electrones (u otras partículas / sistemas) en los que se determine la ubicación y el momento. Esto es lo que subyace al principio de incertidumbre de Heisenberg.

Al medir la ubicación (o alguna otra propiedad), el estado cambia de varios posibles a uno solo para esa propiedad. Al mismo tiempo, se puede cambiar de un solo estado a varios para alguna otra propiedad (como el impulso).

En teoría, podría poner un electrón en un estado donde su ubicación se conozca exactamente. Esto requeriría una enorme (¿infinita?) Cantidad de energía, y un momento después la ubicación sería (completamente) desconocida. Las mediciones de ubicación “normal” solo determinan la ubicación de los electrones en un grado más o menos difuso.

Si esto parece extraño, podría ayudar recordar que los electrones no son objetos clásicos con forma y ubicación, como pequeñas bolas. Nunca vemos ni tocamos los electrones, solo las fuerzas asociadas con los electrones. Tiene más sentido hablar de las fuerzas de los electrones como cosas “reales”, y los electrones en sí mismos son un concepto que inventamos para describir esas fuerzas. Los electrones en sí mismos podrían no existir (como normalmente usamos la palabra).

Eso es algo así, pero el problema es realmente peor que eso.

Tampoco sabemos exactamente dónde está una foto o hacia dónde va, y eso es lo que estamos usando para tratar de descubrir qué está pasando con los electrones.

Muchos físicos piensan que este es un problema más profundo que solo la incertidumbre en el sentido cotidiano, y que los fotones y electrones podrían no tener posiciones hasta que se midan.

No creo que haya ninguna manera de “rebotar” exactamente un fotón de un electrón (en el mejor de los casos, un electrón podría absorber un fotón y luego volver a emitirlo rápidamente), por lo que realmente estamos viendo fotones emitidos por electrones, o, Lo más probable es que se produzca algún tipo de reacción en cadena provocada por un electrón que golpea algo, como una marca en una placa fotográfica. Eso es obviamente inherentemente impreciso.

A veces sentimos que los electrones están al menos localizados en regiones pequeñas; por ejemplo cuando son parte de un átomo.

Se cree que el principio de incertidumbre de Heisenberg significa que hay un límite fundamental para la precisión con la que podemos conocer tanto la posición como el momento (velocidad, básicamente) de cualquier cosa al mismo tiempo.

Este es probablemente un problema más fundamental que el simple hecho de que estamos usando partículas especificadas de forma imprecisa para medir otras partículas.

Toda la idea de una “partícula” en la escala macroscópica no siempre se traduce muy bien a las “partículas” que están en la escala cuántica.