Schrödingers Katze
Schrödingers Katze ist ein Gedankenexperiment über Quantenphysik. Erwin Schrödinger schlug sie 1935 vor, als Reaktion auf die Kopenhagener Interpretation der Quantenphysik.
schrieb Schrödinger:
Man kann sogar ganz lächerliche Fälle aufstellen. Eine Katze ist in einer Stahlkammer eingeschlossen, zusammen mit der folgenden Vorrichtung (die gegen direkte Einwirkung der Katze gesichert werden muss): In einem Geigerzähler befindet sich ein winziges Stück radioaktiver Substanz, so klein, dass vielleicht im Laufe einer Stunde nur eines der Atome zerfällt, aber auch mit gleicher Wahrscheinlichkeit vielleicht gar keins; wenn es passiert, entlädt sich das Zählrohr und setzt über ein Relais einen Hammer frei, der ein kleines Fläschchen Blausäure zertrümmert. Wenn man dieses ganze System eine Stunde lang sich selbst überlassen hat, würde man sagen, dass die Katze noch lebt, wenn inzwischen kein Atom zerfallen ist. Die Psi-Funktion des gesamten Systems würde dies dadurch zum Ausdruck bringen, dass in ihm die lebende und die tote Katze (entschuldigen Sie den Ausdruck) zu gleichen Teilen vermischt oder ausgeschmiert sind.
Typisch für diese Fälle ist, dass eine ursprünglich auf den atomaren Bereich beschränkte Unbestimmtheit in eine makroskopische Unbestimmtheit übergeht, die dann durch direkte Beobachtung aufgelöst werden kann. Das hindert uns daran, ein "verschwommenes Modell" zur Darstellung der Wirklichkeit so naiv als gültig zu akzeptieren. An sich würde es nichts Unklares oder Widersprüchliches verkörpern. Es besteht ein Unterschied zwischen einem verwackelten oder unscharfen Foto und einer Momentaufnahme von Wolken und Nebelbänken.
- Erwin Schrödinger, Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik (Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik), Naturwissenschaften
(übersetzt von John D. Trimmer in Proceedings of the American Philosophical Society)
In einfachen Worten erklärte Schrödinger, dass man, wenn man eine Katze und etwas, das die Katze töten könnte (ein radioaktives Atom), in einen Kasten legt und diesen verschließt, nicht weiß, ob die Katze tot oder lebendig ist, bis man den Kasten öffnet, so dass die Katze bis zum Öffnen des Kastens (in gewissem Sinne) sowohl "tot als auch lebendig" ist. Dies wird verwendet, um darzustellen, wie die wissenschaftliche Theorie funktioniert. Niemand weiß, ob eine wissenschaftliche Theorie richtig oder falsch ist, bis diese Theorie getestet und bewiesen werden kann.
Die Physik kann in zwei Arten unterteilt werden: klassische Physik und Quantenmechanik. Die klassische Physik erklärt die meisten physikalischen Wechselwirkungen, z.B. warum ein Ball beim Fallen aufprallt. Sie kann auch verwendet werden, um physikalische Wechselwirkungen vorherzusagen, z.B. was passiert, wenn Sie einen Ball fallen lassen. Es gibt jedoch einige physikalische Wechselwirkungen, die sie nicht erklärt, z.B. wie Licht in Elektrizität umgewandelt werden kann. Die Quantenmechanik bietet Physikern eine Möglichkeit, zu erklären, warum diese Dinge geschehen.
Die Kopenhagener Interpretation wird verwendet, um zu erklären, was mit dem kleinsten Teil eines Atoms (einem subatomaren Teilchen) geschieht, ohne es anzuschauen (zu beobachten oder zu messen). Die Mathematik wird benutzt, um zu zeigen, wie wahrscheinlich es ist, dass dem Teilchen etwas passiert. Ein Teilchen könnte so beschrieben werden, dass es sich mit 50%iger Wahrscheinlichkeit zu einer bestimmten Zeit an einem Ort befindet oder mit 50%iger Wahrscheinlichkeit zu einer anderen Zeit an einem Ort. Dies könnte auch in Form eines Diagramms (oder einer Wellenform) ausgedrückt werden. Dies ist sehr praktisch, wenn man quantenphysikalische Berechnungen durchführt.
Der einzige Weg, um 100% sicher zu sein, wo sich ein Teilchen befindet, ist jedoch, es zu beobachten. Bis zu dem Punkt, an dem man es beobachtet, sagt die Kopenhagener Interpretation, dass das Teilchen da ist und nicht da ist. Erst wenn Sie das Teilchen beobachten, wissen Sie, ob es da ist oder nicht.
Während dies in der Quantenphysik sinnvoll ist, macht es in der klassischen Physik (der realen Welt) keinen Sinn.
Schrödinger wollte zeigen, dass diese Art des Denkens über die Quantenmechanik zu absurden Situationen führen würde. Er entwarf ein Gedankenexperiment.
Eine Katze wird in einen Raum gebracht, der von der Außenwelt getrennt ist.
Im Raum befindet sich ein Geigerzähler, der die Menge des radioaktiven Zerfalls und ein wenig von einem radioaktiven Element zählt.
Innerhalb einer Stunde könnte eines der Atome des radioaktiven Materials zerfallen (oder sich zersetzen, weil das Material nicht stabil ist), oder auch nicht.
Wenn sich das Material zersetzt, setzt es ein Atomteilchen frei, das auf den Geigerzähler trifft, wodurch Giftgas freigesetzt wird, das die Katze tötet.
Die Frage lautet nun: Ist die Katze am Ende der Stunde lebendig oder tot? Schrödinger sagt, dass nach der Kopenhagener Interpretation, solange die Tür geschlossen ist, die Katze tot und lebendig ist. Es gibt keine Möglichkeit, dies zu wissen, bis die Tür geöffnet wird. Aber wenn die Tür geöffnet wird, stört die Person das Experiment. Die Person und das Experiment müssen in Bezug zueinander beschrieben werden.
Durch das Betrachten des Experiments hat die Person das Experiment beeinflusst, daher kann es sein, dass sie uns nicht die richtige Antwort gibt.
Das Gedankenexperiment wurde von Schrödinger erfunden, um die Dummheit des Denkens über Quantenzustände für große Objekte zu demonstrieren. Es wurde auch in der Popkultur schon oft erwähnt.
Eine Katze mit einem Geigerzähler und ein bisschen Gift in einer versiegelten Schachtel. Die Quantenmechanik sagt, dass die Katze nach einer Weile sowohl lebendig als auch tot ist. Eine Person, die in den Kasten schaut, findet die Katze entweder lebendig oder tot vor, doch es wird angenommen, dass sie sowohl lebendig als auch tot ist, bevor man in den Kasten schaut.
Realgroße Katzenfigur im Garten der Huttenstrasse 9 in Zürich, wo Erwin Schrödinger 1921 - 1926 lebte. Abhängig von den Lichtverhältnissen erscheint die Katze entweder lebendig oder tot.
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Fragen und Antworten
F: Was ist Schrödingers Katze?
A: Schrödingers Katze ist ein Gedankenexperiment zur Quantenphysik, das Erwin Schrödinger 1935 als Reaktion auf die Kopenhagener Interpretation der Quantenphysik vorgeschlagen hat. Es beinhaltet ein hypothetisches Szenario, bei dem eine Katze in eine Stahlkammer mit einem Gerät gesetzt wird, das radioaktives Material enthält und die Katze möglicherweise töten könnte. Die Frage, die das Experiment aufwirft, ist, ob die Katze lebendig oder tot sein wird, wenn die Box geöffnet wird.
F: Was sagt die Kopenhagener Deutung über Teilchen aus?
A: Die Kopenhagener Deutung besagt, dass es unmöglich ist, mit Sicherheit zu wissen, in welchem Zustand sich ein Teilchen befindet, bevor es nicht beobachtet wurde, so dass man vor der Beobachtung sagen kann, dass es in beiden Zuständen gleichzeitig existiert.
F: Wie hat Schrödinger dieses Konzept demonstriert?
A: Schrödinger demonstrierte dieses Konzept durch sein Gedankenexperiment, bei dem er eine Katze in eine versiegelte Kiste mit radioaktivem Material setzte. Er schlug vor, dass man bis zum Öffnen der Schachtel nicht weiß, ob die Katze tot oder lebendig ist, dass sie also bis dahin in beiden Zuständen gleichzeitig existiert.
F: Welche zwei Arten von Physik werden in diesem Text erwähnt?
A: Zwei Arten der Physik, die in diesem Text erwähnt werden, sind die klassische Physik und die Quantenmechanik. Die klassische Physik erklärt die meisten physikalischen Interaktionen und kann physikalische Interaktionen vorhersagen, während die Quantenmechanik eine Erklärung für einige physikalische Interaktionen liefert, die die klassische Physik nicht erklären kann.
F: Wie kann die Beobachtung von etwas ein Experiment beeinflussen?
A: Das Beobachten von etwas kann ein Experiment beeinflussen, denn wenn man ein Experiment beobachtet, kann man durch seine Anwesenheit und seine Handlungen während der Beobachtung die Ergebnisse beeinflussen. Das bedeutet, dass die Ergebnisse eines solchen Experiments nicht notwendigerweise die Realität genau widerspiegeln, da sie von äußeren Faktoren beeinflusst wurden.
F: Was ist mit "Psi-Funktion" gemeint?
A: Die Psi-Funktion bezieht sich auf mathematische Gleichungen, mit denen beschrieben wird, wie wahrscheinlich es ist, dass etwas innerhalb der Quantenmechanik passiert, ohne dass man es tatsächlich sieht (beobachtet).
