Das als Schrödingers Katze bekannte Gedankenexperiment ist eines der berühmtesten und am meisten missverstandenen Konzepte der Quantenmechanik. Durch intensives Nachdenken darüber sind Forscher zu beeindruckenden Entdeckungen über die physikalische Realität gelangt.
Einem Artikel im Quanta Magazine zufolge konzipierte der österreichische Physiker Erwin Schrödinger, der an der Entwicklung der Quantenmechanik beteiligt war, sein Katzenrätsel im Jahr 1935 als Kommentar zu Problemen, die ursprünglich von Albert Einstein aufgeworfen worden waren.
Als sie ihr neues Verständnis des subatomaren Bereichs entwickelten, erkannten die meisten Kollegen von Einstein und Schrödinger, dass Quantenobjekte ein äußerst merkwürdiges Verhalten zeigten. Der dänische Physiker Niels Bohr vertrat die Ansicht, dass Teilchen wie Elektronen erst dann klar definierte Eigenschaften hätten, wenn man sie messe. Zuvor existierten Teilchen in einer sogenannten Überlagerung von Zuständen, beispielsweise mit einer 50-prozentigen Wahrscheinlichkeit, nach oben ausgerichtet zu sein, und einer 50-prozentigen Wahrscheinlichkeit, nach unten ausgerichtet zu sein.
Vor allem Einstein gefiel diese halbherzige Erklärung nicht. Er wollte wissen, wie genau das Universum erkennt, wenn jemand etwas misst. Schrödinger hat diese Absurdität mit seiner berüchtigten Konzeptkatze hervorgehoben.
„Angenommen, jemand baut eine seltsame Vorrichtung“, schrieb Schrödinger 1935 in einem Aufsatz mit dem Titel „Der gegenwärtige Stand der Quantenmechanik“. Das Gerät besteht aus einer Kiste, die ein versiegeltes Fläschchen mit Cyanid enthält, über dem ein an einem Geigerzähler befestigter Hammer hängt, der auf ein kleines Stück leicht radioaktives Uran gerichtet ist. In der Kiste befindet sich auch ein Kätzchen (und denken Sie daran, dies ist ein Gedankenexperiment, das noch nie durchgeführt wurde).
Die Box wird versiegelt und das Experiment läuft für eine bestimmte Zeit, beispielsweise eine Stunde. Während dieser Stunde besteht die Möglichkeit, dass das Uran, dessen Partikel den Gesetzen der Quantenmechanik gehorchen, Strahlung aussendet, die dann vom Geigerzähler erfasst wird, der daraufhin den Hammer auslöst und das Reagenzglas zertrümmert, wodurch die Katze durch eine Zyanidvergiftung stirbt.
Schrödingers Katze. fandom.com
Laut Leuten wie Bohr verbleibt die Katze in einer Überlagerung von lebendig und tot, bis die Kiste geöffnet und ihr Zustand „gemessen“ wird. Leute wie Einstein und Schrödinger lehnten eine solche Möglichkeit ab, die nicht mit allem übereinstimmt, was uns unsere alltägliche Erfahrung sagt – Katzen sind entweder lebendig oder tot, aber nicht beides.
„Der Quantenphysik fehlte eine entscheidende Zutat: eine Geschichte darüber, wie sie mit den Dingen in der Welt zusammenhängt“, schrieb der Wissenschaftsjournalist Adam Becker in seinem Buch „What’s Real?“ (Basic Books, 2018). „Wie lässt eine phänomenale Anzahl von Atomen, die durch die Quantenphysik kontrolliert werden, die Welt entstehen, die wir um uns herum sehen?“
Schrödingers Katze berührte den Kern der Seltsamkeit von Bohrs Interpretation der Realität: das Fehlen einer klaren Grenze zwischen der Quantenwelt und der alltäglichen Welt. Während die meisten Menschen glauben, dass dies ein Beleg dafür ist, dass Teilchen erst dann klar definierte Eigenschaften haben, wenn sie gemessen werden, war Schrödingers ursprüngliche Absicht genau das Gegenteil – er wollte zeigen, dass eine solche Idee bedeutungslos ist. Viele Jahrzehnte lang ignorierten die Physiker dieses Problem jedoch weitgehend und wandten sich anderen Dilemmata zu.
Doch ab den 1970er Jahren konnten Forscher zeigen, dass Quantenteilchen in Zuständen erzeugt werden können, die immer zueinander passen – wenn also eines nach oben zeigt, ist das andere nach unten gerichtet – ein Phänomen, das Schrödinger als Verschränkung bezeichnete. Diese Arbeit wurde genutzt, um das aufstrebende Gebiet des Quantencomputings zu unterstützen, das die Entwicklung von Computern verspricht, die viel schneller sein werden als die derzeitige Technologie.
Siehe auch... Neue Methode zur Beobachtung einzelner Atome bestätigt jahrhundertealte quantenmechanische Theorie |
Im Jahr 2010 gelang es Physikern außerdem, eine reale Version von Schrödingers Katze zu erschaffen, allerdings auf eine Art und Weise, bei der es nicht um Felicidide (auch als Kätzchentötung bekannt) ging. Wissenschaftler der University of California in Santa Barbara haben einen Resonator gebaut, der im Wesentlichen eine winzige Stimmgabel von der Größe eines Pixels auf einem Computerbildschirm ist. Sie brachten es in eine Superposition, in der es gleichzeitig oszillierte und nicht oszillierte, und zeigten damit, dass relativ große Objekte seltsame Quantenzustände einnehmen können.
Superposition ist eine Zusammensetzung von Funktionen (komplexe Funktion). Das Superpositionsprinzip ist ein Prinzip aus der Physik und Mathematik, das die Überlagerung von Prozessen (zum Beispiel Wellen) und die daraus resultierende Entstehung konstruktiver und destruktiver Interferenz beschreibt. Das Superpositionsprinzip beruht auf der Annahme, dass die resultierende Wirkung mehrerer unabhängiger Einflüsse die Summe der Wirkungen ist, die jeder Einfluss einzeln hervorruft. Gültig für Systeme oder Felder, die durch lineare Gleichungen beschrieben werden. Unter Superposition versteht man im Allgemeinen eine einfache Beobachtung: Wenn eine Aktion zu einem Ergebnis führt und eine zweite Aktion zu einem zweiten Ergebnis, dann führt die Kombination der beiden Aktionen zu beiden Ergebnissen.
In späteren Experimenten wurden Gruppen von bis zu 2.000 Atomen gleichzeitig an zwei verschiedenen Orten platziert, wodurch die Grenze zwischen dem Mikroskopischen und dem Makroskopischen noch weiter verwischt wurde. Im Jahr 2019 gelang es Forschern der Universität Glasgow sogar, ein Foto von verschränkten Photonen aufzunehmen. Dabei kam eine spezielle Kamera zum Einsatz, die jedes Mal ein Bild aufnahm, wenn ein Photon mit seinem verschränkten Partner auftauchte.
Obwohl Physiker und Philosophen noch keinen Konsens darüber erzielt haben, wie die Quantenwelt zu verstehen ist, haben Schrödingers Ideen viele fruchtbare Forschungsansätze eröffnet und werden dies in absehbarer Zukunft wahrscheinlich auch weiterhin tun.
Siehe auch... Vollständige Liste der HTML/Javascript-Ereignishandler mit Beispielen Liste der erforderlichen Dokumente für eine Website in der Russischen Föderation |
Related Posts
Selbstbewusstes Universum. Wie Bewusstsein die materielle Welt erschafft. Kapitel 6. Die neun Leben von Schrödingers Katze
KAPITEL 6. NEUN LEBEN VON SCHRÖDINGERS KATZE Vielen der Begründer…
Definitionen, Axiome und Schlüsselkonzepte der Quantenphysik
Die Quantenmechanik oder Quantenphysik ist eine Reihe wissenschaftlicher Gesetze, die…
