Das Paradoxon der Quantensuperposition wird durch das Gedankenexperiment von Schrödingers Katze veranschaulicht. Die Katze, ein hypothetisches Lebewesen, ist mit einem einzigen zufälligen Ereignis auf subatomarer Ebene verbunden. Das Aussehen der Katze wird nicht bestimmt, bevor sie den Mutterleib verlassen hat, sondern erst nach ihrer Geburt. Dieses Paradoxon macht die Quantenmechanik so faszinierend. In diesem Artikel werden wir diese Konzepte genauer untersuchen.
Schrödingers Katze
Das klassische Quantengedankenexperiment, bekannt als Schrödingers Katze, veranschaulicht das Paradoxon der Quantenüberlagerung. Eine Katze existiert in zwei Zuständen gleichzeitig und ist mit einem zufälligen subatomaren Ereignis verbunden. Während der Zustand der Katze mit dem zufälligen Ereignis verknüpft ist, bleibt ihre Identität unklar. Dieses Paradoxon ist wichtig für das Verständnis der Quantenmechanik. Die echte Katze ist jedoch ganz anders. Hier ist, wie sie mit diesem Paradoxon zusammenhängt.
Das Experiment wurde von Erwin Schrödinger im Jahr 1935 entwickelt. Er wollte Bohrs Begriff der Unbeweglichkeit als albern erscheinen lassen. Er stellte sich eine Situation vor, in der eine Katze in einem Zustand existieren und in einem anderen verschwinden könnte. Anhand dieser hypothetischen Situation konnte er zeigen, dass ein Quantenereignis oder ein Teilchen mehrere Zustände annehmen kann und dass das Verhalten der Katze auch durch ein Ereignis beeinflusst werden kann.
Um dieses Konzept zu beweisen, setzte Schrödinger eine Katze in eine Kiste mit einer radioaktiven Substanz. In der Kiste befand sich ein Geigerzähler, der mit einem Fläschchen verbunden war, das ein Gift enthielt. Der Geigerzähler registrierte den Zerfall der radioaktiven Substanz, was wiederum einen Hammer auslöste, der das Fläschchen mit dem Gift zerbrach. Die Katze starb daraufhin. Dieses Experiment zeigt, dass die Halbwertszeit einer radioaktiven Substanz etwa eine Stunde beträgt.
Das Schrödingerexperiment ist eine faszinierende Fallstudie zur Quantenmechanik. Es zeigt, wie absurd die Implikationen der klassischen Physik sind, wenn wir die gleichen Prinzipien auf ein anderes Szenario anwenden. Wenn zum Beispiel eine Katze lebendig ist und den gleichen Zustand wie ein radioaktives Atom hat, kann das radioaktive Atom in beiden Zuständen gleichzeitig sein. Wenn die Katze also in einem Zustand ist, befindet sich das radioaktive Atom im zerfallenen Zustand und die Katze im nicht zerfallenen Zustand.
Zu Beginn des zwanzigsten Jahrhunderts begannen Wissenschaftler, das EPR-Paradoxon zu testen. Diese Ergebnisse wurden bei der Entwicklung eines revolutionären Computers und einer unknackbaren Kryptografie verwendet. Heute ist das EPR-Paradoxon ein heißes Thema in den Nachrichten und in der Wissenschaft. Aber bevor du losrennst und das neueste Buch über Quantenmechanik kaufst, erinnere dich an den Zweck von „Schrödingers Katze“ – die Lehre. Du wirst überrascht sein, wie leicht die wissenschaftliche Gemeinschaft die Grundprinzipien der Quantenphysik missversteht!
Das Prinzip der Superposition
Die Kopenhagener Interpretation der Quantentheorie ist die Grundlage für das Prinzip der Superposition. Diese Theorie besagt, dass ein Teilchen in mehreren Zuständen existieren kann. Wenn ein Teilchen nicht zerfällt, befindet es sich in einem Zustand der Überlagerung. Wenn ein Teilchen zerfällt, wird es mit dem Geigerzähler wechselwirken. Wenn ein Teilchen nicht zerfällt, interagiert es mit dem Geigerzähler.
Nehmen wir als Beispiel die Situation, in der ein Agent eine tote und eine lebende Katze erlebt. Die Überzeugungen des Agenten kodieren die Existenz der toten Katze und der lebenden Katze. Diese Überzeugungen bilden die Wellenfunktion. Die Wellenfunktion kodiert die Überzeugungen des Agenten über alle möglichen Handlungen. Nur wenn die Katze keinen intrinsischen Zustand hat, können die Überzeugungen konsistent sein. Folglich befindet sich die Katze entweder in einem Zustand der Überlagerung oder in einem unbestimmten Zustand.
Die Idee, dass ein Objekt in vielen Zuständen gleichzeitig existieren kann, wurde erstmals von dem österreichischen Physiker Erwin Schrödinger entwickelt. Für diese Arbeit wurde er 1933 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet. Sein berühmtes Gedankenexperiment basierte auf dem Prinzip der Superposition. Er stellte die Kopenhagener Deutung in Frage, die besagt, dass ein Objekt in jeder möglichen Konfiguration gleichzeitig existieren kann.
Schrödingers Gedankenexperiment bewies nicht nur das Überlagerungsprinzip, sondern auch, dass Objekte im Abstand eines einzigen Atoms in einem Zustand der Überlagerung existieren können. Das Experiment war ein Erfolg, denn es entlarvte die Kopenhagener Deutung der Quantenmechanik als absurd. Es bewies, dass Teilchen in einem Zustand der Überlagerung existieren können, aber dass eine Katze nicht gleichzeitig lebendig und tot sein kann.
Die Kopenhagener Deutung ist die populärste Interpretation des Superpositionsprinzips. Sie beschreibt, dass sich ein Objekt in zwei Zuständen gleichzeitig befinden kann und nicht in einem dritten Zustand. Ein Teilchen kann sich entweder in einem Zustand der Überlagerung oder in einem Zustand des Zerfalls befinden. Mit anderen Worten: Ein Teilchen kann sich gleichzeitig in zwei Zuständen befinden, während ein Objekt sich in einem Zustand befinden kann, ohne mit einem anderen zu interagieren. Es kann sich aber auch in einem Überlagerungszustand befinden, wenn sich zwei Teilchen in einem identischen Zustand befinden.
Erwin Schrödinger
Was ist eine Quantensuperposition? Auf diese Frage gibt es viele mögliche Antworten. Zum einen gibt es keinen separaten Beobachter. Schrödingers Experiment zeigt jedoch ein grundlegendes Paradoxon der Quantenmechanik auf. Ohne die Existenz eines separaten Beobachters könnte ein Atom entweder lebendig oder tot sein. Es ist jedoch möglich, den radioaktiven Zerfall mit einem Geigerzähler nachzuweisen. Was aber, wenn sich die Katze in einem Zustand der Quantenüberlagerung befindet?
In seinem berühmten Gedankenexperiment steckte Schrödinger eine tote Katze in eine Kiste. Er zeigte, wie die Überlagerung von Atomen den Zustand und das Leben einer Katze beeinflussen kann. Das gleiche Prinzip gilt aber auch für makroskopische Objekte. In diesem Fall kann eine tote Katze schon lebendig oder tot sein, bevor sie in eine Kiste gelegt wird. Mit diesem Konzept konnte Schrödingers Katze die Kopenhagener Deutung der Quantenmechanik konterkarieren, die besagte, dass die Katze, wenn sie tot ist, immer noch lebt.
Erwin Schrödingers Katze erschien lebendig und tot, je nachdem, welchem Licht sie ausgesetzt war. Erwin Schrödingers Katze war ein Symbol für die kontraintuitive Natur von Quantenüberlagerungen. Er glaubte, dass Quantensysteme in mehreren Zuständen existieren können und dass jeder Zustand zu einem anderen Ergebnis führt. Diese Idee wurde dann von Einstein und anderen Wissenschaftlern zu einem Experiment weiterentwickelt. Eine Katze wäre ein perfektes Beispiel für eine Quantenüberlagerung, und das Experiment könnte genutzt werden, um diese Theorie in der Praxis zu testen.
Die Quantenüberlagerung, die in einer Katze auftritt, wird „unbestimmte Überlagerung“ genannt, was bedeutet, dass sie sich zwischen zwei Zuständen befindet. Die Katze muss sich in dieser Überlagerung befinden, bevor sie mit ihrer Umgebung interagieren kann. Dieser Zustand entscheidet darüber, ob die Katze lebt oder stirbt, und damit auch darüber, wie lange sie leben wird. In Wirklichkeit bleibt die Katze in einer Quantenüberlagerung zwischen zwei Zuständen, bis eine Beobachtung gemacht wird.
Die Idee von Schrödingers Katze wurde zu einem wichtigen Symbol in der Wissenschaft, nämlich dem der Unbestimmtheit. Das Konzept ist nicht leicht zu verstehen, und die Menschen haben dafür und dagegen argumentiert. Dieses berühmte Gedankenexperiment zeigt die Schwierigkeiten, die die gängige Interpretation der Quantentheorie mit sich bringt. Und obwohl es schwer zu verstehen ist, hat die Katze einen einzigartigen Platz in unserem Leben und unterstreicht die Notwendigkeit, die Kultur zu schätzen und gleichzeitig die Wissenschaft zu fördern.
Albert Einstein
Eines der berühmtesten Gedankenexperimente in der Wissenschaft ist die „Katze im Sack“. Dieses Gedankenexperiment zeigt die Möglichkeit, dass ein Objekt sowohl in einem bestimmten als auch in einem wahrscheinlichen Zustand existieren kann. Es ist Teil der Abhandlung „The Present Situation in Quantum Mechanics“ von 1935. Glücklicherweise war die Katze in der Kiste nicht der eigentliche Gegenstand des Experiments. Stattdessen war es eine Katze, die Einstein als Scherz erfunden hatte.
Die Idee hinter Schrödingers Gedankenexperiment ist einfach und verblüffend. Die Katze kann entweder lebendig oder tot sein, je nachdem, wie viel Licht auf sie fällt. Dieses Phänomen wurde bereits an Molekülen und Atomen demonstriert, aber es wurde noch nie im wirklichen Leben beobachtet. Einsteins allgemeine Relativitätstheorie half, das Katzenparadoxon zu erklären. Seine Theorie besagt, dass die Masse die Zeit verlangsamt und die Katze dadurch scheinbar tot ist.
Während Physiker schon lange nach Antworten auf das Rätsel der Quantenverschränkung suchen, hatten Einstein und Schrödinger eine einzigartige Verbindung. Während sie ihre Karrieren spezifischen Fragen über die natürliche Welt widmeten, suchten sie auch Antworten auf allgemeinere Fragen. Beide Männer studierten Philosophie und waren davon überzeugt, dass die Natur einen großen Bauplan hat. Einsteins Relativitätstheorie und Schrödingers Wellengleichung enthüllten einige der Antworten.
In den späten 1920er Jahren erblühte die Freundschaft zwischen Einstein und Schrdinger. Beide Männer wurden dazu inspiriert, grundlegenderen Fragen der Physik nachzugehen. Während des Zweiten Weltkriegs flohen sie in die USA, wo sie in Princeton akademische Spitzenpositionen einnahmen. Als Schrödingers Einladung nach Dublin kam, lud ihn der irische Regierungschef Eamon de Valera in sein Sommerhaus in Caputh ein. Die beiden wurden gute Freunde und setzten ihre Korrespondenz nach dem Krieg viele Jahre lang fort.
Die Experimente, die an Schrödingers Katze durchgeführt wurden, sind nicht die tierfreundlichsten. Obwohl es einige weniger unethische Versionen dieses Experiments gibt, kann das Experiment für Haustiere schädlich sein. Das Experiment könnte die Katze gleichzeitig tot und lebendig machen. Obwohl dieses Experiment keine gute Idee für ein Haustier ist, ist es ein Beispiel dafür, wie die Quantenphysik auf Tiere und Menschen angewendet werden kann.
