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Science 25. September 2016

Schrödingers Katze - Die Wahrheit
Spätestens nach The Big Bang Theory hat jeder schon einmal etwas von Schrödingers Katze gehört. Eine Katze, eingesperrt in einem Kasten, die angeblich lebendig und gleichzeitig tot ist. Doch was hat es wirklich mit dieser armen Katze auf sich?

Bei Schrödingers Katze handelt es sich um ein Gedankenexperiment des österreichischen Physikers Erwin Schrödinger, der aufzeigen wollte, zu welch absurden Dingen die Vorstellung der Quantenmechanik beziehungsweise Quantenphysik führt. Hierfür muss man sich folgendes Vorstellen: Man nimmt einen Kasten, der sämtliche Informationen aus dem Inneren abschirmt. Von außen kann man also weder hören oder sehen, was im Kasten vor sich geht. Es gelangen also keine Informationen nach außen. Im Inneren befindet sich, wie der Name schon vermuten lässt, eine Katze – gesund, munter und fit - und das eigentliche Herzstück, dass den Tod für die Katze bedeutet. Dabei handelt es sich um ein radioaktives Präparat (einem Quantenobjekt), dass innerhalb der nächsten Stunde zerfallen wird. Wichtig ist dabei, man weiß nur, dass es zerfallen wird. Wann genau ist vollkommen unbekannt und kann lediglich mit Wahrscheinlichkeiten ausgedrückt werden.

Zerfällt nun dieses Präparat, wird über einen Geiger-Zähler ein Impuls ausgelöst, was das Ende für die Katze bedeutet. Ein Hammer fällt auf eine Phiole mit Gift, dieses verdampft, die Katze atmet es ein und stirbt. Der aufmerksame Leser stellt nun fest, dass wir von außen nicht wissen, ob die Katze noch lebt oder nicht. Es gelangen schließlich keine Informationen aus dem Kasten. Dort liegt der Ursprung der Aussage, die Katze ist tot und lebendig zugleich, da wir nur wissen, dass sie irgendwann sterben wird, aber ohne Informationen, ob der Zerfall eingetreten ist, wissen wir es nicht. Für uns ist sie also tot und lebendig.

Die verrückte Welt der Quanten

Doch was bringt uns dieses Gedankenexperiment nun? Schrödinger wollte damit ein Beispiel, für die Unsicherheit, mit der im Grunde unsere ganze Welt behaftet ist, geben. Dabei geht es nicht um die Unsicherheit, ob man in der Klausur eine 6 hat oder nicht, auch wenn sich hier Ähnliches übertragen ließe, sondern Schrödinger möchte auf die Quantenmechanik hinaus.

Dort, wo ein Teilchen an zwei Orten gleichzeitig sein kann, ein Ort sprunghaft und ohne Zwischenzustand gewechselt werden kann, oder Informationen schneller als das Licht ausgetauscht werden. Doch keine Angst, dein Handy wird nicht plötzlich in einem anderen Raum liegen oder sich verdoppeln. Warum? Hierfür muss man sich zwei Welten vorstellen. Die makroskopische Welt, die in der du dich täglich bewegst, wo die Gesetze Newtons gelten und wir Gegenstände feste Eigenschaften zuweisen können (meist wird gesagt: die Welt zwischen Staubkorn und Universum). Hinzu kommt nun die mikroskopische Welt, wo die uns bekannten Gesetze nicht mehr gelten und die eben genannten, meist skurrilen und unverständlichen, Dinge passieren. Zu dieser Welt gehören kleinste Teilchen wie Elektronen, Protonen und so weiter. Diese können, wie eben bereits erklärt, an mehren Orten gleichzeitig sein oder verschiedene, sich ausschließende Eigenschaften zur selben Zeit haben. Dabei spricht man von einer Überlagerung (der Wahrscheinlichkeiten) die Superposition genannt wird.

Lebendig oder nicht?

Nun aber wieder zurück zu Schrödinger und seiner Katze. Betrachten wir nun das Präparat einmal genauer. Dieses kann zerfallen sein oder noch nicht, wir haben keine Auskunft darüber. Es kommt also zu einer Überlagerung von diesen beiden Möglichkeiten. Es handelt sich also um eine Superposition. Erst durch einen Beobachter, in der Physik meist eine Messung, kommt es zum Kollaps dieses Zustands und das Teilchen muss sich für exakt einen Zustand entscheiden, was die Superpostion zum Zusammenbruch bringt.

Die Katze kann beim Öffnen schließlich nicht tot und lebendig sein, sondern muss sich „entscheiden“, was klar sein sollte. Solange der Kasten verschlossen bleibt, wissen wir also nicht, ob das Präparat bereits zerfallen ist oder im ganzen existiert. Daran gekoppelt wissen wir nicht, ob die Katze lebt oder bereits tot ist. Daher hört man häufig, die Katze lebt und ist zu gleich tot. Nur kommt es dabei zu einem Problem. Die Katze ist kein Quantenobjekt und kann daher keine Eigenschaften der quantenmechanischen Gesetze besitzen. Früher oder später ist die Katze letztlich tot, egal ob man nun nachschaut oder nicht.

Der Grund liegt in der Wechselwirkung von makroskopischen Objekten, in diesem Beispiel also der Katze, mit der Umwelt. Nach der Dekohärenztheorie entspricht jede Physiklasche Wechselwirkung einer Messung. Die Katze wird im Kasten immer wieder von Luftmolekülen getroffen, was also einer Messung entspricht und das System kollabieren lässt.

In der Praxis ist es also vollkommen unmöglich die Katze in einen überlagerten Zustand zubringen, da sie dafür vollkommen von der Umwelt abgeschnitten werden müsste, was der Katze relativ schnell das Leben rauben würde. Und nur deshalb ist die Welt, wie sie ist. Quantenobjekte besitzen sehr wohl diese Eigenschaften, wenn man sie einzeln betrachtet. Da es im Großen und Ganzen jedoch ständig zu Wechselwirkungen kommt, spielt es im Alltag kaum eine Rolle. Eine Katze hat also nicht zwei Zuständen und daher auch keine Superposition wie einzelne Quantenobjekte. Ob Schrödinger nun die Welt verständlicher gemacht hat oder nicht, sei mal dahingestellt, der Artikel hat es hoffentlich ein Stück.


Marcus Willner | Founder 827 Wörter


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