Welchen Sinn hat Schrödingers Katze? Schrödingers Katze ist ein berühmtes paradoxes Experiment. Schrödingers Katze in einfachen Worten

Schrödingers Katze ist ein berühmtes Gedankenexperiment. Es wurde vom berühmten Nobelpreisträger auf dem Gebiet der Physik, dem österreichischen Wissenschaftler Erwin Rudolf Joseph Alexander Schrödinger, geleitet.

Der Kern des Experiments war wie folgt. Eine Katze wurde in eine geschlossene Kammer (Box) gebracht. Die Box ist mit einem Mechanismus ausgestattet, der einen radioaktiven Kern und giftiges Gas enthält. Die Parameter sind so gewählt, dass die Wahrscheinlichkeit eines nuklearen Zerfalls in einer Stunde genau fünfzig Prozent beträgt. Zerfällt der Kern, greift der Mechanismus und ein Behälter mit giftigem Gas öffnet sich. Deshalb wird Schrödingers Katze sterben.

Wenn Sie den Kern nicht beobachten, werden seine Zustände den Gesetzen zufolge durch zwei Hauptzustände beschrieben – den zerfallenen und den nicht zerfallenen Kern. Und hier entsteht ein Paradoxon: Schrödingers Katze, die in einer Kiste sitzt, kann gleichzeitig tot und lebendig sein. Wenn die Box jedoch geöffnet wird, sieht der Experimentator nur einen bestimmten Zustand. Entweder „der Kern ist zerfallen und die Katze ist tot“ oder „der Kern ist nicht zerfallen und Schrödingers Katze lebt.“

Logischerweise werden wir am Ausgang eines von zwei Dingen haben: entweder eine lebende oder eine tote Katze. Aber möglicherweise befindet sich das Tier gleichzeitig in beiden Zuständen. Schrödinger versuchte auf diese Weise seine Meinung über die Grenzen der Quantenmechanik zu beweisen.

Gemäß der Kopenhagener Interpretation und insbesondere diesem Experiment erlangt eine Katze in einer ihrer potenziellen Phasen (tot-lebendig) diese Eigenschaften erst, nachdem ein externer Beobachter in den Prozess eingegriffen hat. Aber solange dieser Beobachter nicht da ist (das impliziert die Anwesenheit einer bestimmten Persönlichkeit, die über die Vorteile einer klaren Sicht und eines Bewusstseins verfügt), wird sich die Katze in der Schwebe „zwischen Leben und Tod“ befinden.

Das berühmte antike Gleichnis, dass eine Katze alleine läuft, erhält im Rahmen dieses Experiments neue, interessante Nuancen.

Laut Everett, der sich deutlich vom klassischen Kopenhagen unterscheidet, wird der Beobachtungsprozess nicht als etwas Besonderes angesehen. Beide Zustände, in denen sich Schrödingers Katze befinden kann, können in dieser Interpretation existieren. Aber sie lösen sich voneinander auf. Das bedeutet, dass die Einheit dieser Staaten gerade durch die Interaktion mit der Außenwelt gestört wird. Es ist der Beobachter, der die Kiste öffnet und Zwietracht in den Zustand der Katze bringt.

Es besteht die Meinung, dass das letzte Wort in dieser Angelegenheit einem Wesen wie Schrödingers Katze überlassen werden sollte. Der Sinn einer solchen Meinung besteht darin, die Tatsache zu akzeptieren, dass das Tier in diesem gesamten Experiment der einzige absolut kompetente Beobachter ist. Beispielsweise stellten die Wissenschaftler Max Tegmark, Bruno Marshall und Hans Moraven eine Modifikation des oben genannten Experiments vor, bei der die Meinung der Katze im Mittelpunkt steht. In diesem Fall überlebt Schrödingers Katze zweifellos, da nur die überlebende Katze die Ergebnisse beobachten kann. Doch der Wissenschaftler Nadav Katz veröffentlichte seine Ergebnisse, in denen es ihm gelang, den Zustand des Teilchens nach einer Zustandsänderung „zurückzugeben“. Dadurch erhöhen sich die Überlebenschancen der Katze deutlich.

Juri Gordejew
Programmierer, Spieleentwickler, Designer, Künstler

„Schrödingers Katze“ ist ein Gedankenexperiment, das von einem der Pioniere der Quantenphysik vorgeschlagen wurde, um zu zeigen, wie seltsam Quanteneffekte aussehen, wenn sie auf makroskopische Systeme angewendet werden.

Ich versuche es mit ganz einfachen Worten zu erklären: Meine Herren der Physik, geben Sie mir nicht die Schuld. Die Formulierung „grob gesagt“ wird vor jedem Satz weiter impliziert.

Im sehr, sehr kleinen Maßstab besteht die Welt aus Dingen, die sich auf sehr ungewöhnliche Weise verhalten. Eine der seltsamsten Eigenschaften solcher Objekte ist die Fähigkeit, sich gleichzeitig in zwei sich gegenseitig ausschließenden Zuständen zu befinden.

Was aus intuitiver Sicht noch ungewöhnlicher (manche würden sogar sagen gruselig) ist, ist, dass der Akt der gezielten Beobachtung diese Unsicherheit beseitigt und das Objekt, das sich gerade in zwei widersprüchlichen Zuständen befand, vor dem Betrachter erscheint nur einer von ihnen blickt, als wäre nie etwas passiert, zur Seite und pfeift unschuldig.

Auf subatomarer Ebene ist jeder seit langem an diese Possen gewöhnt. Es gibt einen mathematischen Apparat, der diese Prozesse beschreibt, und das Wissen darüber hat vielfältige Anwendungen gefunden: zum Beispiel in Computern und in der Kryptographie.

Auf makroskopischer Ebene sind diese Effekte nicht zu beobachten: Uns bekannte Objekte befinden sich immer in einem einzigen spezifischen Zustand.

Nun zu einem Gedankenexperiment. Wir nehmen die Katze und stecken sie in eine Kiste. Außerdem stellen wir dort eine Flasche mit giftigem Gas, einem radioaktiven Atom und einem Geigerzähler auf. Ein radioaktives Atom kann jederzeit zerfallen oder auch nicht. Wenn es zerfällt, erkennt der Zähler Strahlung, ein einfacher Mechanismus zerbricht die Gasflasche und unsere Katze wird sterben. Wenn nicht, bleibt die Katze am Leben.

Wir schließen die Box. Von diesem Moment an befindet sich unser Atom aus quantenmechanischer Sicht in einem Zustand der Unsicherheit – es ist mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 % zerfallen und mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 % nicht zerfallen. Bevor wir die Schachtel öffnen und hineinschauen (eine Beobachtung machen), wird sie sich in beiden Zuständen gleichzeitig befinden. Und da das Schicksal der Katze direkt vom Zustand dieses Atoms abhängt, stellt sich heraus, dass die Katze gleichzeitig buchstäblich lebendig und tot ist („...die lebende und tote Katze (verzeihen Sie den Ausdruck) gleichwertig zu verschmieren Teile...“ schreibt der Autor des Experiments). Genau so würde die Quantentheorie diese Situation beschreiben.

Schrödinger hätte kaum ahnen können, wie viel Aufsehen seine Idee erregen würde. Natürlich wird das Experiment selbst, auch im Original, äußerst grob und ohne Anspruch auf wissenschaftliche Genauigkeit beschrieben: Der Autor wollte seinen Kollegen die Idee vermitteln, dass die Theorie durch klarere Definitionen von Prozessen wie „Beobachtung“ ergänzt werden muss ” um Szenarien mit Katzen in Boxen von seinem Zuständigkeitsbereich auszuschließen.

Die Idee einer Katze wurde sogar verwendet, um die Existenz Gottes als Superintelligenz zu „beweisen“, deren kontinuierliche Beobachtung unsere Existenz überhaupt erst ermöglicht. In Wirklichkeit erfordert „Beobachtung“ keinen bewussten Beobachter, was den Quanteneffekten etwas von der Mystik nimmt. Dennoch bleibt die Quantenphysik bis heute der Grenzbereich der Wissenschaft mit vielen ungeklärten Phänomenen und ihren Interpretationen.

Ivan Boldin
Kandidat der physikalischen und mathematischen Wissenschaften, Forscher, MIPT-Absolvent

Das Verhalten von Objekten der Mikrowelt (Elementarteilchen, Atome, Moleküle) unterscheidet sich erheblich vom Verhalten von Objekten, mit denen wir normalerweise zu tun haben. Beispielsweise kann ein Elektron gleichzeitig zwei räumlich entfernte Orte durchfliegen oder sich gleichzeitig auf mehreren Umlaufbahnen in einem Atom befinden. Um diese Phänomene zu beschreiben, wurde eine Theorie geschaffen – die Quantenphysik. Nach dieser Theorie können beispielsweise Partikel im Raum verschmiert sein. Wenn Sie jedoch feststellen möchten, wo sich das Partikel befindet, finden Sie immer das gesamte Partikel an einer bestimmten Stelle, das heißt, es scheint aus seiner Verschmierung herauszukollabieren an einen bestimmten Ort verweisen. Das heißt, man geht davon aus, dass ein Teilchen, bis man seine Position gemessen hat, überhaupt keine Position hat und die Physik nur vorhersagen kann, mit welcher Wahrscheinlichkeit man ein Teilchen an welchem ​​Ort entdecken kann.

Erwin Schrödinger, einer der Begründer der Quantenphysik, fragte sich: Was wäre, wenn je nach Ergebnis der Messung des Zustands eines Mikroteilchens ein Ereignis eintritt oder nicht eintritt? Dies könnte beispielsweise wie folgt umgesetzt werden: Man nehme ein radioaktives Atom mit einer Halbwertszeit von beispielsweise einer Stunde. Ein Atom kann in eine undurchsichtige Kiste gelegt werden, dort kann ein Gerät platziert werden, das, wenn die radioaktiven Zerfallsprodukte des Atoms darauf treffen, eine Ampulle mit giftigem Gas zerbricht, und in diese Kiste kann eine Katze gelegt werden. Dann sieht man von außen nicht, ob das Atom zerfallen ist oder nicht, das heißt, nach der Quantentheorie ist es sowohl zerfallen als auch nicht zerfallen, und die Katze ist also gleichzeitig lebendig und tot. Diese Katze wurde als Schrödingers Katze bekannt.

Es mag überraschend erscheinen, dass eine Katze gleichzeitig lebendig und tot sein kann, obwohl hier formal kein Widerspruch besteht und dies keine Widerlegung der Quantentheorie ist. Allerdings können sich Fragen stellen, zum Beispiel: Wer kann ein Atom aus einem verschmierten Zustand in einen bestimmten Zustand kollabieren lassen, und wer gerät bei einem solchen Versuch selbst in einen verschmierten Zustand? Wie kommt es zu diesem Kollapsprozess? Oder wie kommt es, dass derjenige, der den Kollaps herbeiführt, selbst nicht den Gesetzen der Quantenphysik gehorcht? Ob diese Fragen sinnvoll sind und wenn ja, wie die Antworten aussehen, ist noch unklar.

George Panin
Absolvent der nach ihm benannten Russischen Chemisch-Technischen Universität. DI. Mendeleev, Chefspezialist der Forschungsabteilung (Marktforschung)

Wie Heisenberg uns erklärte, ist die Beschreibung von Objekten in der Quantenmikrowelt aufgrund des Unschärfeprinzips anderer Natur als die übliche Beschreibung von Objekten in der Newtonschen Makrowelt. Anstelle der räumlichen Koordinaten und der Geschwindigkeit, die wir zur Beschreibung mechanischer Bewegungen, beispielsweise einer Kugel auf einem Billardtisch, gewohnt sind, werden Objekte in der Quantenmechanik durch die sogenannte Wellenfunktion beschrieben. Der Wellenkamm entspricht der maximalen Wahrscheinlichkeit, zum Zeitpunkt der Messung ein Teilchen im Raum zu finden. Die Bewegung einer solchen Welle wird durch die Schrödinger-Gleichung beschrieben, die uns sagt, wie sich der Zustand eines Quantensystems im Laufe der Zeit ändert.

Nun zur Katze. Jeder weiß, dass Katzen es lieben, sich in Kisten zu verstecken (thequestion.ru). Auch Erwin Schrödinger wusste Bescheid. Darüber hinaus nutzte er dieses Merkmal mit rein nordischem Fanatismus in einem berühmten Gedankenexperiment. Im Kern ging es darum, dass eine Katze mit einer höllischen Maschine in einer Kiste eingesperrt war. Die Maschine ist über ein Relais mit einem Quantensystem verbunden, beispielsweise einem radioaktiv zerfallenden Stoff. Die Zerfallswahrscheinlichkeit ist bekannt und beträgt 50 %. Die Höllenmaschine wird ausgelöst, wenn sich der Quantenzustand des Systems ändert (Zerfall eintritt) und die Katze vollständig stirbt. Wenn man das System „Katzebox-höllische Maschine-Quanten“ eine Stunde lang sich selbst überlässt und bedenkt, dass der Zustand eines Quantensystems durch Wahrscheinlichkeiten beschrieben wird, dann wird klar, dass es wahrscheinlich nicht möglich sein wird, dies herauszufinden ob die Katze zu einem bestimmten Zeitpunkt am Leben ist oder nicht, ebenso wie es unmöglich ist, den Fall einer Münze auf Kopf oder Zahl im Voraus genau vorherzusagen. Das Paradoxon ist ganz einfach: Die Wellenfunktion, die ein Quantensystem beschreibt, vermischt die beiden Zustände einer Katze – sie ist gleichzeitig lebendig und tot, so wie sich ein gebundenes Elektron mit gleicher Wahrscheinlichkeit an jedem Ort im Raum in gleichem Abstand befinden kann der Atomkern. Wenn wir die Kiste nicht öffnen, wissen wir nicht genau, wie es der Katze geht. Ohne Beobachtungen (Messungen) eines Atomkerns durchzuführen, können wir seinen Zustand nur durch Überlagerung (Mischung) zweier Zustände beschreiben: eines zerfallenen und eines nicht zerfallenen Kerns. Eine Katze in der Atomsucht ist gleichzeitig lebendig und tot. Die Frage ist: Wann hört ein System auf, als Mischung aus zwei Zuständen zu existieren und wählt einen bestimmten?

Die Kopenhagener Interpretation des Experiments sagt uns, dass das System aufhört, eine Mischung von Zuständen zu sein, und einen von ihnen in dem Moment auswählt, in dem eine Beobachtung stattfindet, die auch eine Messung ist (die Box öffnet sich). Das heißt, die bloße Tatsache der Messung verändert die physikalische Realität und führt zum Zusammenbruch der Wellenfunktion (die Katze wird entweder tot oder bleibt am Leben, ist aber keine Mischung aus beidem mehr)! Denken Sie darüber nach: Das Experiment und die damit verbundenen Messungen verändern die Realität um uns herum. Persönlich stört diese Tatsache mein Gehirn viel mehr als Alkohol. Auch dem bekannten Steve Hawking fällt es schwer, dieses Paradoxon zu durchleben, indem er wiederholt, dass er, als er von Schrödingers Katze hört, seine Hand nach Browning ausstreckt. Die Heftigkeit der Reaktion des herausragenden theoretischen Physikers ist darauf zurückzuführen, dass seiner Meinung nach die Rolle des Beobachters beim Zusammenbruch der Wellenfunktion (Zusammenbruch in einen von zwei probabilistischen Zuständen) stark übertrieben ist.

Als Professor Erwin 1935 seine Katzenfolter erfand, war dies natürlich eine geniale Möglichkeit, die Unvollkommenheit der Quantenmechanik aufzuzeigen. Tatsächlich kann eine Katze nicht gleichzeitig lebendig und tot sein. Als Ergebnis einer der Interpretationen des Experiments wurde deutlich, dass ein Widerspruch zwischen den Gesetzen der Makrowelt (zum Beispiel dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik – die Katze ist entweder lebendig oder tot) und der Mikrowelt bestand. Welt (die Katze ist gleichzeitig lebendig und tot).

Das Obige wird in der Praxis verwendet: im Quantencomputing und in der Quantenkryptographie. Über ein Glasfaserkabel wird ein Lichtsignal in einer Überlagerung zweier Zustände gesendet. Wenn sich Angreifer irgendwo in der Mitte mit dem Kabel verbinden und dort einen Signalabgriff vornehmen, um die übertragenen Informationen abzuhören, dann bricht die Wellenfunktion zusammen (aus Sicht der Kopenhagener Interpretation wird eine Beobachtung gemacht) und Das Licht wird in einen der Zustände gehen. Durch statistische Tests des Lichts am Empfangsende des Kabels kann festgestellt werden, ob sich das Licht in einer Überlagerung von Zuständen befindet oder bereits beobachtet und an einen anderen Punkt übertragen wurde. Dadurch ist es möglich, Kommunikationsmittel zu schaffen, die ein unbemerktes Abhören und Abhören von Signalen ausschließen.

Eine weitere neuere Interpretation von Schrödingers Gedankenexperiment ist eine Geschichte, die der Urknalltheorie-Charakter Sheldon Cooper seiner weniger gebildeten Nachbarin Penny erzählte. Der Sinn von Sheldons Geschichte besteht darin, dass das Konzept von Schrödingers Katze auf menschliche Beziehungen angewendet werden kann. Um zu verstehen, was zwischen einem Mann und einer Frau passiert, welche Art von Beziehung zwischen ihnen besteht: gut oder schlecht, müssen Sie nur die Schachtel öffnen. Bis dahin ist die Beziehung sowohl gut als auch schlecht. youtube.com

Der Artikel beschreibt, was Schrödingers Theorie ist. Der Beitrag dieses großen Wissenschaftlers zur modernen Wissenschaft wird gezeigt und das Gedankenexperiment, das er über eine Katze erfunden hat, wird beschrieben. Der Anwendungsbereich dieses Wissens wird kurz skizziert.

Erwin Schrödinger

Die berüchtigte Katze, die weder lebt noch tot ist, wird mittlerweile überall eingesetzt. Über ihn werden Filme gedreht, Communities rund um Physik und Tiere sind nach ihm benannt, es gibt sogar eine Bekleidungsmarke. Aber am häufigsten meinen die Leute das Paradoxon mit der unglücklichen Katze. Doch meist vergisst man seinen Schöpfer, Erwin Schrödinger. Er wurde in Wien geboren, das damals zu Österreich-Ungarn gehörte. Er war der Spross einer sehr gebildeten und wohlhabenden Familie. Sein Vater Rudolf produzierte Linoleum und investierte unter anderem Geld in die Wissenschaft. Seine Mutter war die Tochter eines Chemikers, und Erwin besuchte oft die Vorlesungen seines Großvaters an der Akademie.

Da eine der Großmütter des Wissenschaftlers Engländerin war, interessierte er sich seit seiner Kindheit für Fremdsprachen und beherrschte Englisch perfekt. Es ist nicht verwunderlich, dass Schrödinger in der Schule jedes Jahr der Klassenbeste war und an der Universität schwierige Fragen stellte. Die Wissenschaft des frühen 20. Jahrhunderts hatte bereits Widersprüche zwischen der besser verständlichen klassischen Physik und dem Verhalten von Teilchen in der Mikro- und Nanowelt festgestellt. Ich habe meine ganze Kraft in die Lösung der aufkommenden Widersprüche gesteckt

Beitrag zur Wissenschaft

Zunächst ist es erwähnenswert, dass dieser Physiker in vielen Bereichen der Wissenschaft tätig war. Wenn wir jedoch „Schrödingers Theorie“ sagen, meinen wir nicht die von ihm geschaffene mathematisch harmonische Beschreibung der Farbe, sondern seinen Beitrag zur Quantenmechanik. Damals gingen Technik, Experiment und Theorie Hand in Hand. Die Fotografie entwickelte sich, die ersten Spektren wurden aufgenommen und das Phänomen der Radioaktivität entdeckt. Die Wissenschaftler, die die Ergebnisse erzielten, arbeiteten eng mit den Theoretikern zusammen: Sie waren sich einig, ergänzten sich und argumentierten. Es entstanden neue Schulen und Wissenschaftszweige. Die Welt begann in völlig anderen Farben zu funkeln und die Menschheit erhielt neue Geheimnisse. Trotz der Komplexität des mathematischen Apparats ist es möglich, Schrödingers Theorie in einfacher Sprache zu beschreiben.

Die Quantenwelt ist einfach!

Es ist mittlerweile allgemein bekannt, dass die Größe der untersuchten Objekte einen direkten Einfluss auf die Ergebnisse hat. Für das Auge sichtbare Objekte unterliegen den Konzepten der klassischen Physik. Schrödingers Theorie ist auf Körper anwendbar, die einhundert mal einhundert Nanometer und kleiner messen. Und am häufigsten sprechen wir von einzelnen Atomen und kleineren Teilchen. Jedes Element von Mikrosystemen hat also gleichzeitig die Eigenschaften eines Teilchens und einer Welle (Welle-Teilchen-Dualität). Aus der materiellen Welt werden Elektronen, Protonen, Neutronen usw. durch Masse und die damit verbundene Trägheit, Geschwindigkeit und Beschleunigung charakterisiert. Von der theoretischen Welle – Parameter wie Frequenz und Resonanz. Um zu verstehen, wie dies gleichzeitig möglich ist und warum sie untrennbar miteinander verbunden sind, mussten Wissenschaftler ihr gesamtes Verständnis der Struktur von Substanzen überdenken.

Schrödingers Theorie impliziert, dass diese beiden Eigenschaften mathematisch durch ein Konstrukt namens Wellenfunktion miteinander verbunden sind. Die mathematische Beschreibung dieses Konzepts brachte Schrödinger den Nobelpreis ein. Die physikalische Bedeutung, die der Autor ihm zuschrieb, stimmte jedoch nicht mit den Vorstellungen von Bohr, Sommerfeld, Heisenberg und Einstein überein, die die sogenannte Kopenhagener Interpretation begründeten. Hier entstand das „Katzenparadoxon“.

Wellenfunktion

Wenn wir über den Mikrokosmos der Elementarteilchen sprechen, verlieren die den Makroskalen innewohnenden Konzepte ihre Bedeutung: Masse, Volumen, Geschwindigkeit, Größe. Und wackelige Wahrscheinlichkeiten kommen zum Tragen. Objekte dieser Größe können vom Menschen nicht erfasst werden – dem Menschen stehen nur indirekte Untersuchungsmethoden zur Verfügung. Zum Beispiel Lichtstreifen auf einem empfindlichen Bildschirm oder Film, die Anzahl der Klicks, die Dicke des aufgesprühten Films. Alles andere ist der Bereich der Berechnungen.

Schrödingers Theorie basiert auf den Gleichungen, die dieser Wissenschaftler abgeleitet hat. Und ihr integraler Bestandteil ist die Wellenfunktion. Es beschreibt eindeutig die Art und die Quanteneigenschaften des untersuchten Teilchens. Es wird angenommen, dass es den Zustand beispielsweise eines Elektrons anzeigt. Es selbst hat jedoch entgegen der Vorstellung seines Autors keine physikalische Bedeutung. Es ist einfach ein praktisches mathematisches Werkzeug. Da unser Artikel Schrödingers Theorie in einfachen Worten darstellt, nehmen wir an, dass das Quadrat der Wellenfunktion die Wahrscheinlichkeit beschreibt, ein System in einem vorgegebenen Zustand zu finden.

Katze als Beispiel für ein Makroobjekt

Der Autor selbst war bis zu seinem Lebensende mit dieser Interpretation, die als Kopenhagener Interpretation bezeichnet wird, nicht einverstanden. Er war angewidert von der Unbestimmtheit des Wahrscheinlichkeitsbegriffs und bestand auf der Klarheit der Funktion selbst und nicht auf ihrem Quadrat.

Als Beispiel für die Inkonsistenz solcher Ideen argumentierte er, dass in diesem Fall die Mikrowelt Makroobjekte beeinflussen würde. Die Theorie lautet wie folgt: Wenn Sie einen lebenden Organismus (z. B. eine Katze) und eine Kapsel mit einem giftigen Gas in eine versiegelte Box legen, die sich öffnet, wenn ein bestimmtes radioaktives Element zerfällt, und geschlossen bleibt, wenn kein Zerfall stattfindet, dann Bevor wir die Schachtel öffnen, sehen wir ein Paradoxon. Nach Quantenkonzepten zerfällt ein Atom eines radioaktiven Elements mit einiger Wahrscheinlichkeit über einen bestimmten Zeitraum. Somit ist das Atom vor dem experimentellen Nachweis sowohl intakt als auch nicht intakt. Und wie Schrödingers Theorie besagt, ist die Katze mit der gleichen Wahrscheinlichkeit sowohl tot als auch ansonsten lebendig. Was, wie Sie sehen, absurd ist, denn wenn wir die Schachtel öffnen, finden wir nur einen Zustand des Tieres. Und in einem geschlossenen Behälter neben der tödlichen Kapsel ist die Katze entweder tot oder lebendig, da diese Indikatoren diskret sind und keine Zwischenoptionen implizieren.

Für dieses Phänomen gibt es eine spezifische, aber noch nicht vollständig bewiesene Erklärung: Da es keine zeitlich begrenzten Bedingungen gibt, um den spezifischen Zustand einer hypothetischen Katze zu bestimmen, ist dieses Experiment zweifellos paradox. Quantenmechanische Regeln können jedoch nicht auf Makroobjekte angewendet werden. Es ist noch nicht möglich, die Grenze zwischen der Mikrowelt und der gewöhnlichen Welt genau zu ziehen. Ein Tier von der Größe einer Katze ist jedoch zweifellos ein Makroobjekt.

Anwendung der Quantenmechanik

Wie bei jedem, auch theoretischen Phänomen stellt sich die Frage, welchen Nutzen Schrödingers Katze haben kann. Die Urknalltheorie beispielsweise basiert genau auf den Vorgängen, die sich auf dieses Gedankenexperiment beziehen. Alles, was mit ultrahohen Geschwindigkeiten, der ultrakleinen Struktur der Materie und der Erforschung des Universums als solchem ​​zu tun hat, wird unter anderem durch die Quantenmechanik erklärt.

Kann eine Katze gleichzeitig lebendig und tot sein? Wie viele Paralleluniversen gibt es? Und gibt es sie überhaupt? Dabei handelt es sich keineswegs um Science-Fiction-Fragen, sondern um sehr reale wissenschaftliche Probleme, die durch die Quantenphysik gelöst werden.

Fangen wir also damit an Schrödingers Katze. Dies ist ein Gedankenexperiment, das von Erwin Schrödinger vorgeschlagen wurde, um auf ein Paradoxon hinzuweisen, das in der Quantenphysik existiert. Der Kern des Experiments ist wie folgt.

Gleichzeitig wird eine imaginäre Katze in eine geschlossene Kiste gelegt, ebenso wie der gleiche imaginäre Mechanismus mit einem radioaktiven Kern und einem Behälter mit giftigem Gas. Wenn der Kern zerfällt, wird dem Experiment zufolge der Mechanismus aktiviert: Der Gasbehälter öffnet sich und die Katze stirbt. Die Wahrscheinlichkeit eines nuklearen Zerfalls beträgt 1 zu 2.

Das Paradoxe besteht darin, dass sich die Katze laut Quantenmechanik, wenn der Kern nicht beobachtet wird, in einer sogenannten Superposition befindet, das heißt, die Katze befindet sich gleichzeitig in sich gegenseitig ausschließenden Zuständen (sie ist sowohl lebendig als auch tot). Wenn der Beobachter jedoch die Kiste öffnet, kann er überprüfen, ob sich die Katze in einem bestimmten Zustand befindet: Sie ist entweder lebendig oder tot. Laut Schrödinger liegt die Unvollständigkeit der Quantentheorie darin, dass sie nicht spezifiziert, unter welchen Bedingungen eine Katze die Überlagerung aufgibt und sich als lebendig oder tot erweist.

Dieses Paradoxon wird durch Wigners Experiment verschärft, das die Kategorie der Freunde zu einem bereits bestehenden Gedankenexperiment hinzufügt. Wenn der Experimentator die Schachtel öffnet, weiß er laut Wigner, ob die Katze lebt oder tot ist. Für den Experimentator ist die Katze nicht mehr in Superposition, aber für den Freund, der hinter der Tür steht und noch nichts von den Ergebnissen des Experiments weiß, befindet sich die Katze immer noch irgendwo „zwischen Leben und Tod“. Dies kann mit unendlich vielen Türen und Freunden fortgesetzt werden, und nach einer ähnlichen Logik wird sich die Katze in einer Überlagerung befinden, bis alle Menschen im Universum wissen, was der Experimentator gesehen hat, als er die Kiste geöffnet hat.

Wie erklärt die Quantenphysik ein solches Paradoxon? Die Quantenphysik bietet ein Gedankenexperiment Quantenselbstmord und zwei mögliche Szenarien, die auf unterschiedlichen Interpretationen der Quantenmechanik basieren.

Bei einem Gedankenexperiment wird eine Waffe auf den Teilnehmer gerichtet und entweder wird sie durch den Zerfall eines radioaktiven Atoms abgefeuert oder nicht. Wieder 50 zu 50. Der Teilnehmer des Experiments wird also entweder sterben oder nicht, aber vorerst befindet er sich, wie Schrödingers Katze, in Überlagerung.

Diese Situation kann aus quantenmechanischer Sicht unterschiedlich interpretiert werden. Nach der Kopenhagener Interpretation wird irgendwann die Waffe losgehen und der Teilnehmer wird sterben. Nach Everetts Interpretation sorgt die Überlagerung für die Anwesenheit zweier Paralleluniversen, in denen der Teilnehmer gleichzeitig existiert: In einem von ihnen ist er am Leben (die Waffe wurde nicht abgefeuert), im zweiten ist er tot (die Waffe wurde abgefeuert). Wenn jedoch die Viele-Welten-Interpretation korrekt ist, bleibt der Teilnehmer in einem der Universen immer am Leben, was zu der Idee der Existenz einer „Quantenunsterblichkeit“ führt.

Was Schrödingers Katze und den Beobachter des Experiments betrifft, so befinden sich nach Everetts Interpretation auch er und die Katze gleichzeitig in zwei Universen, das heißt in „Quantensprache“, „verstrickt“ mit ihm.

Es klingt wie eine Geschichte aus einem Science-Fiction-Roman, ist jedoch eine von vielen wissenschaftlichen Theorien, die in der modernen Physik ihren Platz haben.

Vielleicht haben einige von Ihnen den Ausdruck „Schrödingers Katze“ gehört. Für die meisten Menschen bedeutet dieser Name jedoch nichts.

Wenn Sie sich für ein denkendes Subjekt halten und sogar behaupten, ein Intellektueller zu sein, dann sollten Sie unbedingt herausfinden, was Schrödingers Katze ist und warum sie berühmt wurde.

Shroedingers Katze ist ein Gedankenexperiment des österreichischen theoretischen Physikers Erwin Schrödinger. Dieser talentierte Wissenschaftler erhielt 1933 den Nobelpreis für Physik.

Mit seinem berühmten Experiment wollte er die Unvollständigkeit der Quantenmechanik beim Übergang von subatomaren zu makroskopischen Systemen zeigen.

Erwin Schrödinger versuchte seine Theorie am Originalbeispiel einer Katze zu erklären. Er wollte es so einfach wie möglich machen, damit seine Idee von jedem verstanden werden konnte.

Ob es ihm gelungen ist oder nicht, erfahren Sie, wenn Sie den Artikel bis zum Ende lesen.

Die Essenz des Katzenexperiments von Schrödinger

Angenommen, eine bestimmte Katze ist in einer Stahlkammer mit einer solchen höllischen Maschine eingesperrt (die vor direktem Eingriff der Katze geschützt werden muss): Im Geigerzähler befindet sich eine so geringe Menge radioaktives Material, dass nur ein Atom innerhalb einer Stunde zerfallen kann , aber mit der gleichen Wahrscheinlichkeit kann es nicht zerfallen; In diesem Fall wird das Leserohr entladen und das Relais aktiviert, wodurch der Hammer ausgelöst wird, der den Kolben mit Blausäure zerbricht.

Wenn wir dieses gesamte System eine Stunde lang sich selbst überlassen, können wir sagen, dass die Katze nach dieser Zeit noch am Leben ist, solange das Atom nicht zerfällt.

Der allererste Zerfall des Atoms würde die Katze vergiften. Die Psi-Funktion des Gesamtsystems drückt dies aus, indem sie eine lebende und eine tote Katze (verzeihen Sie den Ausdruck) zu gleichen Teilen mischt oder verschmiert.

Typisch für solche Fälle ist, dass sich die ursprünglich auf die atomare Welt beschränkte Unsicherheit in makroskopische Unsicherheit verwandelt, die durch direkte Beobachtung beseitigt werden kann.

Dies hindert uns daran, das „Unschärfemodell“ naiv als ein Abbild der Realität zu akzeptieren. Dies bedeutet an sich weder etwas Unklares noch Widersprüchliches.

Es gibt einen Unterschied zwischen einem verschwommenen oder unscharfen Foto und einem Foto von Wolken oder Nebel.

Mit anderen Worten: Wir haben eine Kiste und eine Katze. Die Kiste enthält ein Gerät mit einem radioaktiven Atomkern und einen Behälter mit giftigem Gas.

Während des Experiments beträgt die Wahrscheinlichkeit des Zerfalls oder Nichtzerfalls des Kerns 50 %. Wenn es also zerfällt, stirbt das Tier, und wenn der Kern nicht zerfällt, bleibt Schrödingers Katze am Leben.

Wir sperren die Katze in eine Kiste, warten eine Stunde und denken über die Zerbrechlichkeit des Lebens nach.

Nach den Gesetzen der Quantenmechanik kann sich der Kern (und damit auch die Katze selbst) gleichzeitig in allen möglichen Zuständen befinden (siehe Quantenüberlagerung).

Bis zum Öffnen der Box geht das „Cat-Core“-System von zwei möglichen Ereignissen aus: „Kernzerfall – die Katze ist tot“ mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 % und „Kernzerfall hat nicht stattgefunden – die Katze lebt.“ ” mit der gleichen Wahrscheinlichkeit.

Es stellt sich heraus, dass Schrödingers Katze, die in der Kiste sitzt, gleichzeitig lebendig und tot ist.

Die Interpretation der Kopenhagener Interpretation besagt, dass die Katze in jedem Fall gleichzeitig lebendig und tot ist. Die Wahl des Kernzerfalls erfolgt nicht, wenn wir die Schachtel öffnen, sondern auch, wenn der Kern auf den Detektor trifft.

Dies liegt daran, dass die Reduzierung der Wellenfunktion des „Katze-Detektor-Kern“-Systems in keinem Zusammenhang mit der von außen beobachtenden Person steht. Es ist direkt mit dem Detektor-Beobachter des Atomkerns verbunden.

Schrödingers Katze in einfachen Worten

Nach den Gesetzen der Quantenmechanik kann der Atomkern, wenn er nicht beobachtet wird, dual sein: Das heißt, der Zerfall findet entweder statt oder nicht.

Daraus folgt, dass die Katze, die sich in der Kiste befindet und den Zellkern darstellt, gleichzeitig lebendig und tot sein kann.

Aber in dem Moment, in dem sich der Beobachter dazu entschließt, die Box zu öffnen, wird er nur einen von zwei möglichen Zuständen sehen können.

Doch nun stellt sich eine logische Frage: Wann genau hört das System in einer dualen Form auf zu existieren?

Dank dieser Erfahrung argumentierte Schrödinger, dass die Quantenmechanik ohne bestimmte Regeln unvollständig sei, die erklären, wann die Wellenfunktion zusammenbricht.

Wenn man bedenkt, dass Schrödingers Katze früher oder später entweder lebendig oder tot werden muss, dann wird es für den Atomkern ähnlich sein: Der Atomzerfall wird entweder stattfinden oder nicht.

Die Essenz der Erfahrung in der menschlichen Sprache

Schrödinger wollte am Beispiel einer Katze zeigen, dass ein Tier laut Quantenmechanik gleichzeitig lebendig und tot sein wird. Dies ist in der Tat unmöglich, woraus die Schlussfolgerung gezogen wird, dass die Quantenmechanik heute erhebliche Mängel aufweist.

Video aus „The Big Bang Theory“

Der Charakter der Serie, Sheldon Cooper, versuchte seinem „engstirnigen“ Freund die Essenz des Schrödinger-Katze-Experiments zu erklären. Dazu nutzte er das Beispiel der Beziehung zwischen einem Mann und einer Frau.

Um herauszufinden, welche Art von Beziehung sie haben, müssen Sie nur die Schachtel öffnen. In der Zwischenzeit wird es geschlossen, ihre Beziehung kann gleichzeitig positiv und negativ sein.

Hat Schrödingers Katze das Erlebnis überlebt?

Wenn einer unserer Leser sich Sorgen um die Katze macht, sollten Sie sich beruhigen. Während des Experiments starb keiner von ihnen, und Schrödinger selbst nannte sein Experiment mental, also eine, die ausschließlich im Kopf ausgeführt wird.

Wir hoffen, dass Sie die Essenz des Schrödinger-Katze-Experiments verstehen. Wenn Sie Fragen haben, können Sie diese in den Kommentaren stellen. Und natürlich teilen Sie diesen Artikel in sozialen Netzwerken.

Wenn es Ihnen gefällt, abonnieren Sie die Seite ICHinteressantFakty.org auf jede bequeme Weise. Bei uns ist es immer interessant!

Hat dir der Beitrag gefallen? Drücke irgend einen Knopf: