Versuchsaufbau Schrödingers Katze?
Hi ich bin 16 Jahre alt und beschäftige mich seit kurzem mit Quantenphysik. Ich verstehe den Versuchsaufbau von dem Gedankenexperiment von Schrödingers Katze nicht ganz.
Beziehungsweise die Tatsache, dass sich Quantenobjekte, die zwei verschiedene Zustände haben, einen von beiden annehmen, wenn sie gemessen werden.
Das würde dann ja bedeuten, dass sich das radioaktive Atom "entscheiden" würde, ob es nun zerfalle, oder nicht, weil das Atom vom Vorgang, der die Katze umbringt ja misst, welchen Zustand das Atom hat.
Also wäre die Katze ja entweder tot oder lebendig.
Ich glaube dass irgendwo in meinem Gedankengang ein Fehler ist, und dass ich irgendetwas falsch verstanden habe.
5 Antworten
Das Gedankenexperiment von Schrödinger sollte ein Problem verdeutlichen, das er bei der Quantenmechanik sah. Sie scheint in dem Fall paradox zu sein, denn in der alltäglichen Umgebung gibt es genau das nicht, dass etwas eine Superposition annimmt (es kommt z.B. nicht vor, dass jemand anwesend ist und zugleich nicht).
Im Bereich der Quantenmechanik verwendet man eine Wellenfunktion, um den Zustand eines Teilchens oder Systems zu beschreiben. Du schreibst, dass es zunächst zwei Zustände sind, von denen einer angenommen wird, sobald eine Messung durchgeführt wird - und das wäre die Auffassung nach Kopenhagener Deutung.
Soweit ich weiß, wurde das Paradoxon so aufgelöst, dass man sagte, dass die Superposition in der Quantenmechanik kein tatsächlicher Zustand wäre und lediglich das unvollständige Wissen des Betrachters abbilden würde. Die Wellenfunktion wäre also nur eine Beschreibung von uns, die konkreter wird, sobald wir mehr wissen.
Das heißt, die Zustandsreduktion (die auch als Zusammenbruch der Wellenfunktion bezeichnet wird) und zeitgleich zu der Messung geschieht ist kein physikalischer Vorgang. Also sie geschieht überhaupt nicht tatsächlich und ergibt sich lediglich durch die Betrachtung, die man bei dieser Interpretation der Quantenmechanik gewählt hat.
Ansonsten gibt es noch weitere Interpretationen, beispielsweise die Viele-Welten-Interpretation. Sie kommt ohne eine Zustandsreduktion aus, stattdessen werden alle möglichen Zustände als gleichermaßen existent angenommen. Es würde demnach ein Universum geben, in der die Katze überlebt und eines, in der sie es nicht tut.
Die Quantenmechanik ändert letztlich nichts daran, dass Schrödingers Katze lebt oder auch nicht. Solange die Kiste geschlossen ist, wir wissen das nur nicht und das führt dazu, dass man beide denkbaren Möglichkeiten durch die Superposition bei der Wellenfunktion berücksichtigt (das ist dann die Beschreibung durch einen Betrachter).
Zu dem Zerfall des Atomkerns könnte man sagen "Gott würfelt nicht", wie es Einstein tat. Wenn man mehrere Atomkerne eines Radionuklids betrachtet, kann man durchaus eine strenge statistische Verteilung sehen und eine Halbwertszeit angeben. Für einen einzelnen Kern sind es letztlich Wahrscheinlichkeiten zur Beschreibung.
Ich hoffe, dass ich dir bei deiner Frage weiterhelfen konnte und ja, Quantenmechanik kann gelegentlich vielleicht etwas seltsam erscheinen, sie entspricht nicht unbedingt dem, was man sonst so von der Physik her kennt... (eventuell wäre für dich der "Quantenradierer" ansonsten so ganz interessant, nur so als Vorschlag nebenbei)
Schrecklich, wie hier über Erwins Katze geredet wird: Er hat sich bestimmt immer gut um seine Katze gekümmert! 😎
Erwin Schrödinger führt hier für die Kopenhagener Deutung vor, dass die Deutung, unbeobachtete Systeme nähmen alle Zustände zugleich ein, eine unbefriedigende Interpretation ist.
Hierzu auch Carl Friedrich von Weizsäcker ("Die Einheit der Natur", Hanser 1971, p. 226):
„Die Kopenhagener Deutung wird oft, sowohl von einigen ihrer Anhänger wie von einigen ihrer Gegner, dahingehend missdeutet, als behaupte sie, was nicht beobachtet werden kann, das existiere nicht. Diese Darstellung ist logisch ungenau. Die Kopenhagener Auffassung verwendet nur die schwächere Aussage: ‚Was beobachtet worden ist, existiert gewiss; bezüglich dessen, was nicht beobachtet worden ist, haben wir jedoch die Freiheit, Annahmen über dessen Existenz oder Nichtexistenz einzuführen.‘ Von dieser Freiheit macht sie dann denjenigen Gebrauch, der nötig ist, um Paradoxien zu vermeiden.“
Diese Deutung ist weiterentwickelt worden und es wird vielmehr davon ausgegangen, dass durch das Fortbestehen der Objekte in einem gewissen Maß Zustände kondensieren und sich daraus gegenwärtige Zustände (aber auch wieder Superpositionen von diesen) ergeben. Die Überlegung ist, ob durch die Überschreitung gewisser Kohärenzlängen/-zeiten nicht die QM-Zustände nur noch in festen Zuständen abgeleitet werden können, damit unsere reale und äußerst "bestimmte" Welt der klassischen Physik existiert.
Ich bin zwar nicht so Tief in der Materie drin, aber ich denke es geht bei dem Experiment vor allem darum, dass man bis zum öffnen der Kiste mit der Katze drin nicht weiß ob die Ampullen zerbrochen ist oder nicht. Und das man deshalb die Behauptung aufstellen kann, dass bis zum Zeitpunkt des öffnen zwei mögliche Zustände gleichzeitig vorliegen.
ne nicht wirklich es geht um die superposition von Teilchen. diese wird allerdings bei der Observierung gebrochen ,da das Observieren von Teilchen auf Atomarer Ebene eine Interaktion erfordert
Nach der Quantentheorie entscheidet sich das Atom eben nicht. Der Überlagerungszustand des Atoms überträgt sich auf den Messapparat und dann auf die Katze. Erst wenn du in den Kasten schaust, passiert etwas anderes. Für einen aussenstehenden Beobachter überträgt sich die Überlagerung nun auf dich. Gemäss Quantentheorie gibt es theoretisch sogar ein Experiment, das beweist, dass du in einem Überlagerungszustand bist. Das Experiment ist aber in der Praxis viel zu aufwändig. Ein aussenstehender Beobachter müsste sämliche Wärmestrahlung, die von Dir, von der Katze und vom Kasten ausging, exakt ausmessen und miteinander verrechnen, um nachzuweisen, dass da wirklich eine Überlagerung ist. Aber gemäss Quantentheorie wäre dies theoretisch möglich.
Du selbst erlebst aber nur den einen Zustand. Denn du spaltest dich eben auch in zwei mögliche Welten auf. Und jeder Teil von dir nimmt nur den einen Teil wahr. Ich denke, dies ist auch der Grund, weshalb wir das Gefühl haben, es fliesse eine Zeit. Wenn man das Universum als Ganzes quantenmechanisch beschreibt, dann enthält diese Beschreibung keine Zeit (Wheeler-DeWitt Gleichung).
Also wäre die Katze ja entweder tot oder lebendig.
Ich glaube dass irgendwo in meinem Gedankengang ein Fehler ist, und dass ich irgendetwas falsch verstanden habe.
Ja, das ist ja gerade das Wesentliche, dass Schrödinger damit anspricht. Dass sich Quantenwelt und makroskopische Welt grundlegend unterscheiden. Sehr kleine Teilchen können durch eine Wellenfunktion beschrieben werden. D.h. ihre Position ist nicht scharf abgrenzbar, sondern sie sind über weite Teile des Raumes "verschmiert". Eine Messung führt dazu, dass die Wellenfunktion kollabiert und das Teilchen einen konkreten Zustand z.B. Ort annimmt.
Durch die Verkettung von Nuklidzerfall -> Gift -> Katze wird auch die Katze in eine Superposition zwischen tot und lebendig versetzt, solange sie unbeobachtet bleibt. Das wäre sie aber nur, wenn diese Box gegenüber der Umwelt absolut abgeschottet ist. Das ist natürlich unmöglich.
Das behaupten zwar viele Physiker. Das ist aber nicht, was die Quantentheorie sagt. Nach der allgemein angewendeten Quantentheorie pflanzt sich die Überlagerung nämlich auch auf die Aussenwelt fort. Das ist es, was Schrödinger mit seinem Beispiel zeigte.
Dieter Zeh hat dies mit der sogenannten Dekohärenztheorie sogar noch im Detail ausgeführt. Es gibt keinen Kollaps der Wellenfunktion, zumindest wurde nie ein Kollaps nachgewiesen.