Das berühmte Paradoxon von Schrödingers Katze. Schrödinger-Theorie in einfachen Worten. Gab es eine Katze?

Viele Menschen haben das Rätsel um eine Katze gehört, die sich, als sie in eine Kiste kam, gleichzeitig in mehreren Zuständen befand und weder tot noch lebendig war. Die meisten von uns haben von der Gabe mit der unglücklichen Katze gehört, aber nicht von dem Wissenschaftler, der sie erfunden hat. Der Erfinder des Rätsels ist der Wiener Wissenschaftler Erwin Schrödinger.

Schrödinger wurde im damaligen Österreich-Ungarn in eine wohlhabende Familie hineingeboren. Erwins Vater förderte die Wissenschaft und sein Großvater mütterlicherseits war Chemiker. Der Wissenschaftler lernte gut in der Schule und begann schon als Schüler, über ernsthafte Fragen der Physik nachzudenken. Damals untersuchten Wissenschaftler das Verhalten der damals entdeckten Elementarteilchen und versuchten zu erklären, warum ihr Verhalten nicht durch die Gesetze der klassischen Physik beschrieben werden kann. Viele Theoretiker beteiligten sich an Diskussionen, Streitigkeiten, stellten verschiedene Hypothesen usw. auf. Schrödinger stellte seine Vision der Natur elektromagnetischer Wellen vor und beschrieb sie mit einer komplexen Gleichung. Auch wenn eine mathematische Erklärung das Aufschreiben einer komplexen Funktion erfordert, lässt sich Schrödingers Theorie auch mit einfachen Worten erklären.

Die Essenz von Schrödingers Theorie

Heute ist bekannt, dass nur das Verhalten makroskopischer Objekte durch die Gesetze der klassischen Physik beschrieben werden kann und diejenigen, die mit bloßem Auge nicht sichtbar sind, ihnen überhaupt nicht unterliegen. Die Theorie des Wissenschaftlers kann nur auf Objekte angewendet werden, deren Abmessungen mit der Größe von Molekülen, Atomen und sogar Elementarteilchen wie Elektronen, Protonen und anderen vergleichbar sind.

Er schlug vor, dass kleine Teilchen gleichzeitig zwei Eigenschaften haben: Materie (Masse, Ausdehnung, Geschwindigkeit) und Wellen (Amplitude, Frequenz usw.). Zunächst war es schwer vorstellbar, warum dies geschah. Daher mussten alle Lehren der klassischen Mechanik Newtons verworfen werden. Schrödinger glaubte, dass mit Hilfe der Mathematik der untrennbare Zusammenhang durch die Schrift erklärt werden könne. Aus mathematischer Sicht hatte der Wissenschaftler Recht, doch seine Erklärung des Zusammenhangs als Physiker erwies sich als falsch. Physiker wie Heisenberg, Bohr, Einstein und Sommerfeld widerlegten seine Meinung. Hier entsteht das berühmte Rätsel um die Katze.

Wahrnehmung der Mikrowelt

Die Teilchen, aus denen ein Atom besteht, und die Atome selbst sind so klein, dass wir nicht die Möglichkeit haben, ihre Masse, ihr Volumen, ihre Geschwindigkeit und andere physikalische Parameter empirisch abzuschätzen. Nur auf einem speziellen empfindlichen Film können Wissenschaftler Lichtstreifen und Veränderungen aufzeichnen und anhand von Berechnungen die Eigenschaften von Mikroobjekten bestimmen.

Mithilfe einer mathematischen Funktion können Sie den Zustand eines Teilchens beschreiben, es handelt sich jedoch nur um ein mathematisches Werkzeug ohne physikalische Bedeutung. Mit der quadratischen Wellenfunktion kann man aus den Differentialkoordinatenwerten nur die Wahrscheinlichkeit bestimmen, mit der ein Mikroelement im Raumvolumen auftritt. Nur so lässt sich in einfachen Worten das Wesen von Schrödingers Theorie aus der Sicht von Wissenschaftlern wie Einstein, Heisenberg und anderen offenbaren.

Schrödingers Katze in einfachen Worten

Der Wissenschaftler selbst argumentierte ständig und erkannte keine andere Idee seiner Gleichung. Er glaubte, dass es in seiner Ableitung ziemlich klar sei und der Begriff der Wahrscheinlichkeit selbst sehr vage sei. Seiner Meinung nach hätten Mikroobjekte Auswirkungen auf den Makrokosmos, wenn alles so wäre, wie Wissenschaftler glaubten, die anderer Meinung waren als er. Als visuelle Erklärung seiner Richtigkeit führte er ein Beispiel mit einer Katze und einer Kiste an, deren Wände es nicht erlauben, zu sehen und zu hören, was darin geschieht.

Diese Kiste enthält eine selbstzerstörende Kapsel mit Gift und nur einem Atom eines radioaktiven Elements. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Atom innerhalb einer Stunde zerfällt, beträgt 50 %. Bei Zerfall wird ein Sensor ausgelöst, der einen Mechanismus zur Zerstörung des Kolbens auslöst. Da es jedoch nur experimentell möglich ist, herauszufinden, ob der Zerfall eines Atoms stattgefunden hat, kann man nicht wissen, ob dieser Prozess stattgefunden hat oder nicht. Es lässt sich auch nicht mit Sicherheit sagen, ob die Katze starb oder am Leben blieb. Dementsprechend kann man vor dem Öffnen der Schachtel sagen, dass er gleichzeitig lebt und tot ist, und nach dem Öffnen kann man mit Sicherheit sagen, ob eine von zwei Möglichkeiten stattgefunden hat. Da es für eine Katze keinen anderen Zustand als tot oder lebendig gibt, ist die Inkonsistenz der Quantentheorie klar nachgewiesen. Daher hat die Quantenwissenschaft in Zukunft einige Regeln für ihre Anwendbarkeit aufgestellt. Zum Schluss noch ein Video über Schrödingers Katze.

Trotz der Tatsache, dass das Planetenmodell des Atoms seine Gültigkeit bewiesen hat, Die damals existierende Theorie konnte nicht alle Prozesse vollständig erklären, die im wirklichen Leben beobachtet wurden. Es stellte sich heraus, dass die klassische Newtonsche Mechanik aus irgendeinem Grund in Wirklichkeit nicht auf der Mikroebene funktioniert. Diese. Das dem wirklichen Leben entlehnte Prototypenmodell entspricht nicht den Beobachtungen damaliger Wissenschaftler bei der Betrachtung des Atoms anstelle unseres Sonnensystems.

Darauf aufbauend wurde das Konzept deutlich überarbeitet. Es gab eine solche Disziplin wie Quantenmechanik. Die Ursprünge dieser Richtung waren der herausragende Physiker Erwin Schrödinger.

Konzept der Überlagerung

Das Hauptprinzip, das die neue Theorie auszeichnet, ist Prinzip der Superposition. Nach diesem Prinzip kann sich ein Quant (Elektron, Photon oder Proton) gleichzeitig in zwei Zuständen befinden. Wenn um es leichter verständlich zu machen Mit dieser Formulierung erhalten wir eine Tatsache, die wir uns im Kopf überhaupt nicht vorstellen können. Ein Quant kann gleichzeitig an zwei Orten sein.

Zum Zeitpunkt ihres Erscheinens widersprach diese Theorie nicht nur der klassischen Mechanik, sondern auch dem gesunden Menschenverstand. Auch heute noch kann sich ein gebildeter Mensch fernab der Physik eine solche Situation kaum vorstellen. Denn dieses Verständnis impliziert letztlich, dass er selbst Der Leser kann jetzt hier und da sein. Genau so versucht sich der Mensch den Übergang von der Makrowelt zur Mikrowelt vorzustellen.

Für einen Menschen, der es gewohnt war, die Wirkungsweise der Newtonschen Mechanik zu erleben und sich an einem Punkt im Raum wahrzunehmen, war es äußerst schwierig, sich vorzustellen, an zwei Orten gleichzeitig zu sein. Außerdem, Während des Übergangs vom Makro zum Mikro gab es keine Theorie oder Muster als solche. Es fehlte das Verständnis für konkrete Zahlenwerte und Regeln.

Jedoch, Mit den damaligen Instrumenten war es möglich, diese „Quantendissonanz“ eindeutig zu erfassen.. Laborinstrumente bestätigten, dass die formulierten Postulate tatsächlich konsistent sind und das Quant in der Lage ist, in zwei Zuständen zu sein. Beispielsweise wurde Elektronengas um den Kern eines Atoms nachgewiesen.

Basierend auf, Schrödinger formulierte ein berühmtes Konzept, das heute als Katzentheorie bekannt ist. Der Zweck dieser Formulierung bestand darin, zu zeigen, dass es in der klassischen Theorie der Physik eine große Lücke gab, die einer weiteren Untersuchung bedarf.

Shroedingers Katze

Das Gedankenexperiment über die Katze war das Die Katze wurde in eine geschlossene Stahlbox gelegt. Die Box war ausgestattet ein Gerät mit einem giftigen Gas und ein Gerät mit einem Atomkern.

Basierend auf bekannten Postulaten der Kern eines Atoms kann innerhalb einer Stunde in Bestandteile zerfallen, darf aber nicht zerfallen. Demnach beträgt die Wahrscheinlichkeit dieses Ereignisses 50 %.

Wenn der Kern zerfällt, wird der Zählerrekorder ausgelöst und als Reaktion auf dieses Ereignis wird aus dem zuvor beschriebenen Gerät, mit dem die Box ausgestattet ist, eine giftige Substanz freigesetzt. Diese. Die Katze stirbt an Gift. Geschieht dies nicht, stirbt die Katze nicht entsprechend. Basierend auf einer Verfallswahrscheinlichkeit von 50 % hat die Katze eine Überlebenschance von 50 %.

Basierend auf der Quantentheorie, Ein Atom kann gleichzeitig zwei Zustände haben. Diese. Das Atom ist sowohl zerfallen als auch nicht zerfallen. Dies bedeutet, dass der Rekorder funktionierte, den Behälter mit Gift zerbrach und nicht zerfiel. Die Katze wurde durch Gift vergiftet, und die Katze wurde gleichzeitig nicht durch Gift vergiftet.

Aber es ist einfach unmöglich, sich ein solches Bild vorzustellen, dass der Forscher beim Öffnen der Schachtel sowohl eine tote als auch eine lebende Katze entdeckte. Die Katze ist entweder lebendig oder tot. Das ist das Paradoxe der Situation. Für das Bewusstsein des Betrachters ist es unmöglich, sich eine tote, lebendige Katze vorzustellen.

Das Paradoxe ist das Die Katze ist ein Objekt des Makrokosmos. Dementsprechend kann man über ihn sagen, dass er lebt und tot ist, d.h. sich in zwei Zuständen gleichzeitig befindet, ähnlich einem Quant, ist nicht ganz richtig.

Anhand dieses Beispiels Schrödinger konzentrierte sich insbesondere auf die Tatsache, dass es keine klaren Parallelen zwischen der Makro- und der Mikrowelt gibt. Spätere Kommentare von Experten erklären, dass ein Strahlungsdetektor-Katze-System in Betracht gezogen werden sollte und nicht ein Katze-Zuschauer-System. In einem Detektor-Katzen-System ist nur ein Ereignis wahrscheinlich.

Schrödingers Katze ist die geheimnisvollste aller Katzen, Katzen, Katzen, Katzen, die die Menschheit so sehr liebt. Virale Katzenvideos verbreiten sich im World Wide Web und werden täglich millionenfach angeschaut, und Bilder süßer Kätzchen auf Werbetafeln können uns zum Kauf jedes Produkts verleiten. Auch auf dem Gebiet der Popularisierung der Wissenschaft gibt es seine eigenen schnauzbärtigen und gestreiften Helden. Genauer gesagt ist eine davon Schrödingers Katze. Sicherlich haben Sie schon einmal davon gehört, auch wenn Sie sich nicht mit Quantenmechanik befassen. Warum also verfolgt die berühmte Katze seit fast hundert Jahren Physiker und Lyriker und ist gleichzeitig zu einem der merkwürdigsten Objekte der modernen Massenkultur geworden?

Schrödingers Katze als Metapher

So paradox es auch klingen mag: Der österreichische theoretische Physiker und Nobelpreisträger Erwin Schrödinger ist der „Vater“ der geheimnisvollsten Katze und nicht der Besitzer. Schließlich Shroedingers Katze ist ein Gedankenexperiment, ein theoretisches Paradoxon und eine wirklich erstaunliche Metapher zur Beschreibung der Quantenüberlagerung.

Gab es eine Katze?

Die Frage „Hatte Schrödinger eine Katze?“ bleibt weiterhin offen. Allerdings laut mehreren Quellen in einer der frühen Ausgaben PhysikHeute Es gibt ein Foto des Wissenschaftlers mit seiner Hauskatze Milton. Im Originaltext des Artikels von 1935, in dem Erwin Schrödinger sein hypothetisches Experiment beschrieb, heißt es hingegen, dass es sich gar nicht um eine Katze, sondern um eine Katze handelt. Warum wählte der Physiker einen Katzenvertreter als Hauptfigur seines Konzepts? Wie wurde aus der Katze eine Katze? Diese Fragen scheinen dazu bestimmt zu sein, rhetorisch zu bleiben.

Schrödingers Katze ist mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 % tot

Wenn die Inspirationsquelle für den Forscher jedoch sein persönliches Haustier war, dann war der Grund dafür offenbar eine von einer Katze zerbrochene Vase oder eine beschädigte Tapete. Denn das Wichtigste, was Schrödingers Katze während des Experiments tut, ist, in einer Stahlkiste eingesperrt zu werden und ... zu sterben. Stimmt, mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 %. Genauer gesagt, zusätzlich zum armen Tier befindet sich in der Kiste ein spezieller Mechanismus, der einen radioaktiven Kern und einen Behälter mit giftigem Gas enthält. Wenn der Kern zerfällt, wird der Mechanismus ausgelöst und die Katze stirbt an dem freigesetzten Gas. Wenn es nicht funktioniert, lebt es. Aber nur der Beobachter, der die Kiste öffnet, kann sein Schicksal erfahren. Bis dahin ist die Katze sowohl lebendig als auch tot.

Ohne eine Katze ist die Quantenmechanik nicht dasselbe

Diese ganze auf den ersten Blick paradoxe Situation veranschaulicht deutlich eine der Bestimmungen der Quantenmechanik. Ihm zufolge befindet sich der Atomkern gleichzeitig in allen möglichen Zuständen: Zerfall und Nicht-Zerfall. Wird das Atom nicht beobachtet, so wird sein Zustand durch eine Mischung dieser beiden Eigenschaften beschrieben. Daher ist die Katze, sprich der Kern eines Atoms, sowohl lebendig als auch tot. Und das ist einfach unmöglich. Das bedeutet, dass der Quantenmechanik einige Regeln fehlen, die bestimmen, unter welchen Bedingungen das Schicksal der Katze eindeutig klar ist.

Schrödingrs Katze: Sorten

Es ist nicht verwunderlich, dass die Bedeutung dessen, was mit der mythischen Katze in einer Stahlkiste geschieht, mehrere Interpretationen hat.

• Kopenhagener Sorte

Es gibt die Kopenhagener Interpretation der Quantenmechanik, deren Autoren Niels Bohr und Werner Heisenberg sind. Demnach verbleibt die Katze unabhängig vom Beobachter in beiden Zuständen. Denn der entscheidende Moment ist nicht das Öffnen der Schublade, sondern das Auslösen des Mechanismus. Das heißt, das Tier ist längst an den Folgen des Gases gestorben, aber die Kiste ist immer noch verschlossen. Mit anderen Worten: In der Kopenhagener Interpretation gibt es keinen „toten lebendigen“ Zustand, da er durch einen Detektor bestimmt wird, der auf den Zerfall des Kerns reagiert.

• Everett-Sorte

Es gibt auch eine Viele-Welten-Interpretation oder die Everett-Interpretation. Sie interpretiert das Erlebnis mit Schrödingers Katze als zwei getrennt existierende Welten, deren Aufspaltung im Moment des Öffnens der Schachtel erfolgt. In einem Universum lebt die Katze und es geht ihr gut, in einem anderen hat sie das Experiment nicht überlebt.

• „Quantenselbstmord“

Auf die eine oder andere Weise wurde die arme Katze Schrödinger von vielen Physikern „gequält“. Einige schlugen beispielsweise vor, die Situation mit der Katze aus der Sicht des Tieres selbst zu betrachten – schließlich weiß sie besser als alle Physiker der Welt, ob sie tot oder lebendig ist. Dem kann man wirklich nicht widersprechen. Dieser Ansatz wird „Quantenselbstmord“ genannt und ermöglicht hypothetisch zu überprüfen, welche dieser Interpretationen richtig ist.

Jeder kann seine eigene Sorte züchten

Wenn man sich die moderne Physik ansieht, kann man mit Sicherheit sagen, dass Schrödingers leidgeprüfte Katze auf den Seiten der Forschung lebendiger ist als alle anderen Lebenden. Von Zeit zu Zeit bieten Wissenschaftler ihre Lösungen für dieses bekannte Paradoxon an und entwickeln das Konzept auch im Rahmen sehr interessanter Entwicklungen weiter.

• „zweite Kiste“

Letztes Jahr beispielsweise „schenkten“ Forscher der Yale University Schrödingers Katze eine zweite Kiste für ihr tödliches Versteckspiel. Basierend auf diesem Ansatz versuchten Wissenschaftler, das für den Betrieb eines Quantencomputers notwendige System zu simulieren. Denn wie Sie wissen, besteht eine der Hauptschwierigkeiten bei der Erstellung dieser Art von Maschine in der Notwendigkeit, Fehler zu korrigieren. Und wie sich herausstellt, ist der Einsatz von Schrödingers Katzen eine vielversprechende Möglichkeit, überschüssige Quanteninformation zu verwalten.

• „Mikrokatze“

Und erst vor wenigen Wochen gelang es einem internationalen Wissenschaftlerteam unter der Leitung russischer Experten auf dem Gebiet der Quantenoptik, mikroskopisch kleine Schrödinger-Katzen zu „züchten“, um die Suche nach der Grenze zwischen Quanten- und klassischer Welt voranzutreiben. So hilft Schrödingers Katze Physikern bei der Entwicklung von Qund Kryptographie.

Schrödingers Katze ist ein Star der Popkultur

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Wenn die Katze ihrer unglückseligen Kiste nicht entkommen kann, dann ist es ihr gelungen, die Grenzen wissenschaftlicher Konzepte und Forschungsseiten zu überwinden. Und wie!

Der Charakter einer mysteriösen Katze mit einem schwierigen Schicksal erscheint in Werken der Populärkultur mit beneidenswerter Konsequenz. So erscheint Schrödingers Katze in den Büchern von Terry Pratchett, Fredrik Pohl, Douglas Adams und anderen weltberühmten Schriftstellern. Natürlich wurde die Katze in beliebten Fernsehprojekten wie „The Big Bang Theory“ und „Doctor Who“ erwähnt. Ganz zu schweigen davon, dass das Bild von Schrödingers Katze ständig in Videospielen und Songtexten zu finden ist. Und das Internetportal ThinkGeek hat bereits ein Vermögen mit dem Verkauf von T-Shirts mit der Aufschrift „Schrödingers Katze lebt“ auf der einen und „Schrödingers Katze ist tot“ auf der anderen Seite gemacht.

Katzen machen es besser

Stimmen Sie zu, Sie können etwas Erstaunliches beobachten: Die berühmteste wissenschaftliche Katze ist nur ein visualisiertes Modell zum Testen einer Hypothese. Allerdings verlieh die Beteiligung des Schwanzhaustieres dem Experiment eine beträchtliche Portion Poesie und Charme. Oder liegt es vielleicht einfach daran, dass Katzen alles besser können? Gut möglich.

Und denken Sie daran: Durch Schrödingers Experiment kam keine einzige Katze zu Schaden.

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Wird die Schachtel geöffnet, darf der Experimentator nur einen bestimmten Zustand sehen: „Der Kern ist zerfallen, die Katze ist tot“ oder „Der Kern ist nicht zerfallen, die Katze lebt.“

„Schrödingers Katze“ heißt ein unterhaltsames Gedankenexperiment, das, wie Sie wahrscheinlich schon vermutet haben, von Schrödinger, genauer gesagt vom Nobelpreisträger für Physik, dem österreichischen Wissenschaftler Erwin Rudolf Joseph Alexander Schrödinger, inszeniert wurde.

Wikipedia definiert das Experiment wie folgt: „Eine Katze wird in eine geschlossene Kiste gelegt, die einen radioaktiven Kern und einen Behälter mit giftigem Gas enthält. Die experimentellen Parameter sind so gewählt, dass die Wahrscheinlichkeit, dass der Kern innerhalb einer Stunde zerfällt, gegeben ist.“ Wenn der Kern zerfällt, wird der Mechanismus in Gang gesetzt – der Behälter mit Gas öffnet sich und die Katze stirbt.

Gemäß der Quantenmechanik wird der Zustand des Kerns, wenn keine Beobachtung erfolgt, durch eine Überlagerung (Vermischung) zweier Zustände beschrieben – eines zerfallenen Kerns und eines nicht zerfallenen Kerns. Daher ist eine Katze, die in einer Kiste sitzt, sowohl lebendig als auch tot gleichzeitig. Wird die Schachtel geöffnet, darf der Experimentator nur einen bestimmten Zustand sehen: „Der Kern ist zerfallen, die Katze ist tot“ oder „Der Kern ist nicht zerfallen, die Katze lebt.“

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Es stellt sich heraus, dass wir am Ende eine lebende oder tote Katze haben, aber möglicherweise ist die Katze gleichzeitig lebendig und tot. So versuchte Schrödinger, die Grenzen der Quantenmechanik zu beweisen, ohne bestimmte Regeln darauf anzuwenden.

Die Kopenhagener Interpretation der Quantenphysik – und insbesondere dieses Experiment – ​​weist darauf hin, dass die Katze die Eigenschaften einer der potentiellen Phasen (lebendig-tot) erst dann erwirbt, wenn der Beobachter in den Prozess eingreift.

Das heißt, wenn ein bestimmter Schrödinger eine Schachtel öffnet, muss er mit hundertprozentiger Sicherheit Würstchen schneiden oder den Tierarzt rufen. Die Katze wird definitiv am Leben sein oder plötzlich tot sein. Aber solange es keinen Beobachter im Prozess gibt – eine bestimmte Person, die zweifellos Vorteile in Form von Vision und zumindest klarem Bewusstsein hat – wird die Katze in der Schwebe „zwischen Himmel und Erde“ sein.

Das antike Gleichnis von der Katze, die alleine geht, erhält in diesem Zusammenhang neue Nuancen. Zweifellos ist Schrödingers Katze nicht das wohlhabendste Geschöpf im Universum. Wünschen wir der Katze einen erfolgreichen Ausgang und wenden wir uns einem weiteren unterhaltsamen Problem aus der mysteriösen und manchmal gnadenlosen Welt der Quantenmechanik zu.

Es klingt so: „Welches Geräusch macht ein im Wald fallender Baum, wenn sich niemand in der Nähe befindet, der dieses Geräusch wahrnehmen kann?“ Im Gegensatz zum schwarz-weißen Schicksal der unglücklichen/glücklichen Katze stehen wir hier vor einer vielfarbigen Palette von Spekulationen: Es gibt keinen Ton/es gibt Ton, wie ist er, ob er existiert und ob er existiert gibt es nicht, warum dann? Diese Frage kann aus einem ganz einfachen Grund nicht beantwortet werden – der Unmöglichkeit, das Experiment durchzuführen. Schließlich setzt jedes Experiment die Anwesenheit eines Beobachters voraus, der in der Lage ist, wahrzunehmen und Schlussfolgerungen zu ziehen.

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Das heißt, es ist unmöglich zu erraten, was in unserer Abwesenheit mit den Objekten der Realität um uns herum passiert. Und wenn es nicht wahrgenommen werden kann, dann existiert es nicht. Sobald wir einen Raum verlassen, hören alle seine Inhalte, zusammen mit dem Raum selbst, auf zu existieren oder, genauer gesagt, existieren nur noch im Potenzial weiter.

Gleichzeitig kommt es zu einem Brand oder einer Überschwemmung, zu Diebstahl von Ausrüstung oder zu ungebetenen Gästen. Darüber hinaus existieren wir auch darin, in verschiedenen möglichen Zuständen. Beim einen laufe ich durch den Raum und pfeife eine blöde Melodie, beim anderen schaue ich traurig zum Fenster, beim dritten telefoniere ich mit meiner Frau. Sogar unser plötzlicher Tod oder die gute Nachricht in Form eines unerwarteten Anrufs lebt darin.

Stellen Sie sich für einen Moment alle Möglichkeiten vor, die sich hinter der Tür verbergen. Stellen Sie sich nun vor, dass unsere gesamte Welt nur eine Ansammlung solcher ungenutzter Potenziale ist. Es ist lustig, nicht wahr?

UM Allerdings stellt sich hier eine logische Frage: na und? Ja, es ist lustig, ja, es ist interessant, aber was ändert sich dadurch im Wesentlichen? Darüber schweigt sich die Wissenschaft bescheiden aus. Für die Quantenphysik eröffnen solche Erkenntnisse neue Wege zum Verständnis des Universums und seiner Mechanismen, aber für uns Menschen, die weit von großen wissenschaftlichen Entdeckungen entfernt sind, scheinen solche Informationen nutzlos zu sein.

Wie kann das nutzlos sein!? Denn wenn ich, ein Sterblicher, in dieser Welt existiere, dann existiere ich, ein Unsterblicher, in einer anderen Welt! Wenn mein Leben aus einer Reihe von Misserfolgen und Enttäuschungen besteht, existiere ich dann irgendwo – erfolgreich und glücklich? Tatsächlich gibt es nichts außerhalb unserer Empfindungen, genauso wie es keinen Raum gibt, bis wir ihn betreten. Unsere Wahrnehmungsorgane täuschen uns nur und zeichnen in unserem Gehirn ein Bild der Welt, die uns „umgibt“. Was tatsächlich außerhalb von uns liegt, bleibt immer noch ein Geheimnis hinter sieben Siegeln.

Sicher haben Sie schon mehr als einmal gehört, dass es ein Phänomen wie „Schrödingers Katze“ gibt. Wenn Sie jedoch kein Physiker sind, haben Sie höchstwahrscheinlich nur eine vage Vorstellung davon, was für eine Katze das ist und warum sie benötigt wird.

« Shroedingers Katze„- so heißt das berühmte Gedankenexperiment des berühmten österreichischen theoretischen Physikers Erwin Schrödinger, der auch Nobelpreisträger ist. Mit Hilfe dieses fiktiven Experiments wollte der Wissenschaftler die Unvollständigkeit der Quantenmechanik beim Übergang von subatomaren Systemen zu makroskopischen Systemen zeigen.

Dieser Artikel ist ein Versuch, die Essenz von Schrödingers Theorie über die Katze und die Quantenmechanik in einfachen Worten zu erklären, sodass sie auch für Personen ohne höhere technische Ausbildung zugänglich ist. Der Artikel stellt außerdem verschiedene Interpretationen des Experiments vor, unter anderem aus der TV-Serie „The Big Bang Theory“.

Beschreibung des Experiments

Der Originalartikel von Erwin Schrödinger wurde 1935 veröffentlicht. Darin wurde das Experiment beschrieben, indem oder sogar personifizierend:

Man kann auch Fälle konstruieren, in denen es durchaus um eine Burleske geht. Lassen Sie eine Katze mit der folgenden teuflischen Maschine in einer Stahlkammer einsperren (was unabhängig vom Eingreifen der Katze der Fall sein sollte): In einem Geigerzähler befindet sich eine winzige Menge radioaktiver Substanz, so klein, dass nur ein Atom in 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:

1. Es gibt eine Kiste und eine Katze. Die Box enthält einen Mechanismus, der einen radioaktiven Atomkern und einen Behälter mit giftigem Gas enthält. Die experimentellen Parameter wurden so gewählt, dass die Wahrscheinlichkeit eines Kernzerfalls in einer Stunde 50 % beträgt. Wenn der Kern zerfällt, öffnet sich ein Gasbehälter und die Katze stirbt. Wenn der Kern nicht zerfällt, bleibt die Katze gesund und munter.
2. Wir verschließen die Katze in einer Kiste, warten eine Stunde und stellen die Frage: Lebt die Katze oder ist sie tot?
3. Die Quantenmechanik scheint uns zu sagen, dass sich der Atomkern (und damit die Katze) gleichzeitig in allen möglichen Zuständen befindet (siehe Quantenüberlagerung). Bevor wir die Box öffnen, befindet sich das Cat-Core-System mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 % im Zustand „Der Kern ist zerfallen, die Katze ist tot“ und mit a im Zustand „Der Kern ist nicht zerfallen, die Katze lebt“. Wahrscheinlichkeit von 50 %. Es stellt sich heraus, dass die Katze, die in der Kiste sitzt, gleichzeitig lebendig und tot ist.
4. Nach der modernen Kopenhagener Interpretation ist die Katze lebendig/tot ohne Zwischenzustände. Und die Wahl des Zerfallszustands des Kerns erfolgt nicht im Moment des Öffnens der Box, sondern bereits beim Eintritt des Kerns in den Detektor. Denn die Reduzierung der Wellenfunktion des „Katze-Detektor-Kern“-Systems hängt nicht mit dem menschlichen Beobachter der Box zusammen, sondern mit dem Detektor-Beobachter des Kerns.

Erklärung in einfachen Worten

Wenn der Kern eines Atoms laut Quantenmechanik nicht beobachtet wird, wird sein Zustand durch eine Mischung aus zwei Zuständen beschrieben – einem zerfallenen Kern und einem nicht zerfallenen Kern, also einer Katze, die in einer Kiste sitzt und den Kern eines Atoms verkörpert ist gleichzeitig lebendig und tot. Wenn die Schachtel geöffnet wird, kann der Experimentator nur einen bestimmten Zustand sehen: „Der Kern ist zerfallen, die Katze ist tot“ oder „Der Kern ist nicht zerfallen, die Katze lebt.“

Das Wesentliche in der menschlichen Sprache: Schrödingers Experiment zeigte, dass die Katze aus quantenmechanischer Sicht sowohl lebendig als auch tot ist, was nicht sein kann. Daher weist die Quantenmechanik erhebliche Mängel auf.

Die Frage ist: Wann hört ein System auf, als Mischung aus zwei Zuständen zu existieren und wählt einen bestimmten? Der Zweck des Experiments besteht darin, zu zeigen, dass die Quantenmechanik ohne einige Regeln unvollständig ist, die angeben, unter welchen Bedingungen die Wellenfunktion zusammenbricht und die Katze entweder tot wird oder am Leben bleibt, aber keine Mischung aus beidem mehr ist. Da klar ist, dass eine Katze entweder lebendig oder tot sein muss (es gibt keinen Zwischenzustand zwischen Leben und Tod), wird dies auch für den Atomkern gelten. Es muss entweder verfallen oder unverfallen sein (Wikipedia).

Video aus der Urknalltheorie

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.

Unten ist ein Videoclip dieses Urknalltheorie-Austauschs zwischen Sheldon und Penia.

Ist die Katze durch das Experiment am Leben geblieben?

Für diejenigen, die den Artikel nicht sorgfältig gelesen haben, sich aber dennoch Sorgen um die Katze machen, eine gute Nachricht: Machen Sie sich laut unseren Daten keine Sorgen, als Ergebnis eines Gedankenexperiments eines verrückten österreichischen Physikers

KEINE KATZE WURDE VERLETZT