Schrödingers Katze ist einfach. Über Schrödingers Katze in einfachen Worten. Der Physiker Emil Akhmedov über probabilistische Interpretation, geschlossene Quantensysteme und die Formulierung des Paradoxons

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Dies ist eine Katze, die gleichzeitig lebendig und tot ist. Diesen unglücklichen Zustand verdankt er dem Nobelpreisträger für Physik, dem österreichischen Wissenschaftler Erwin Rudolf Joseph Alexander Schrödinger.

Abschnitte:

Die Essenz des Experiments / Paradoxons

Die Katze befindet sich in einer geschlossenen Kiste mit einem Mechanismus, der einen radioaktiven Kern und einen Behälter mit giftigem Gas enthält. Die Eigenschaften des Experiments sind so gewählt, dass die Wahrscheinlichkeit, dass der Kern innerhalb einer Stunde zerfällt, 50 % beträgt. Zerfällt der Kern, aktiviert er den Mechanismus, der Gasbehälter 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 auf einmal.

Sobald Sie die Schachtel öffnen, sollte der Experimentator nur einen Zustand sehen: „Der Kern ist zerfallen, die Katze ist tot“ oder „Der Kern ist nicht zerfallen, die Katze lebt.“ Doch solange es keinen Beobachter gibt, bleibt das unglückselige Tier „tot“.

Ausgegrenzt

• Das Unglück kommt nie alleine
  Nicht nur die Gesundheit des Schwanzbewohners der Kiste ist fraglich, sondern auch sein Geschlecht: Im ursprünglichen Experiment war Schrödingers Katze noch eine Katze.
• Es gibt keine „toten“ Katzen
  Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass Schrödingers Experiment nicht dazu gedacht war, die Existenz „toter“ Katzen zu beweisen (und entgegen der Aussage im zweiten Teil des Spiels „Portal“ nicht als Vorwand für das Töten von Katzen erfunden wurde). Offensichtlich muss die Katze entweder lebendig oder tot sein, da es keinen Zwischenzustand gibt.
  Die Erfahrung zeigt, dass die Quantenmechanik nicht in der Lage ist, das Verhalten von Makrosystemen (zu denen auch die Katze gehört) zu beschreiben: Ohne einige Regeln, die angeben, wann das System einen bestimmten Zustand wählt, unter welchen Bedingungen die Wellenfunktion zusammenbricht und die Katze am Leben bleibt, ist sie unvollständig oder wird tot, ist aber keine Mischung aus beidem mehr.

Interpretationen Kopenhagener Interpretation bestreitet, dass sich die Katze vor dem Öffnen der Kiste in einem Zustand der Verwirrung zwischen Leben und Tod befinde. Manche glauben, dass sich das System, solange die Box geschlossen ist, in einer Überlagerung der Zustände „zerfallener Kern, tote Katze“ und „unzerfallener Kern, lebende Katze“ befindet und erst dann, wenn die Box geöffnet wird, die Wellenfunktion zusammenbricht zu einer der Optionen. Andere sagen, dass eine „Beobachtung“ stattfindet, wenn ein Teilchen aus dem Kern auf den Detektor trifft; Leider gibt es in der Kopenhagener Interpretation jedoch keine klare Regel, die besagt, wann dies geschieht, und daher ist diese Interpretation unvollständig, bis eine solche Regel darin eingeführt wird oder nicht gesagt wird, wie sie grundsätzlich eingeführt werden kann. Everetts Viele-Welten-Interpretation Anders als in Kopenhagen betrachtet man den Beobachtungsprozess nicht als etwas Besonderes. Hier existieren beide Zustände der Katze, aber dekohärent – ​​das heißt, nach dem Verständnis des Autors wird die Einheit dieser Zustände durch die Interaktion mit der Umwelt gestört. Wenn der Beobachter die Kiste öffnet, wird er mit der Katze verwickelt (vermischt), wodurch zwei Beobachterzustände entstehen, von denen einer einer lebenden Katze und der andere einer toten Katze entspricht. Diese Zustände interagieren nicht miteinander. Die Katze als kompetenter Beobachter
Der Autor ist der Meinung, dass das letzte Wort der Katze überlassen werden sollte, die, auch wenn sie nichts über Quantenmechanik weiß, sicherlich besser als jeder andere über ihren Zustand informiert ist. Allerdings weckt seine Kompetenz als Beobachter bei Wissenschaftlern offensichtlich Zweifel. Eine Ausnahme bilden Hans Moravec, Bruno Marshall und Max Tegmark, die eine Modifikation des Schrödinger-Experiments vorschlugen, bekannt als „Quantenselbstmord“, bei dem es sich um ein Experiment mit einer Katze aus der Sicht der Katze handelt. Wissenschaftler verfolgten das Ziel, den Unterschied zwischen der Kopenhagener und der Vielwelt-Interpretation der Quantenmechanik aufzuzeigen. Wenn die Viele-Welten-Interpretation zutrifft, wird die Katze zur Freude ihrer Sympathisanten zu Tsoi und bleibt immer am Leben, da der Teilnehmer das Ergebnis des Experiments nur in der Welt beobachten kann, in der er überlebt.

• Nadav Katz von der University of California und seine Kollegen veröffentlichten die Ergebnisse eines Laborexperiments, bei dem es ihnen gelang, den Quantenzustand eines Teilchens „zurückzugeben“ und diesen Zustand anschließend zu messen. Somit ist es möglich, das Leben der Katze unabhängig von den Bedingungen für den Zusammenbruch der Wellenfunktion zu retten. Es spielt keine Rolle, ob er lebt oder tot ist: Sie können es jederzeit zurückgewinnen [Link] .
• 03.06.2011 RIA Novosti berichtete, dass chinesische Physiker in der Lage seien, etwas zu erschaffen Acht-Photonen-„Schrödingers Katze“[Link] , was die Entwicklung zukünftiger Quantencomputer erleichtern soll

Bild in der Kultur

Vielleicht hat niemand mehr zur Popularisierung der Quantenmechanik beigetragen als die arme Katze. Sogar Menschen, die am weitesten von diesem komplexen Wissensgebiet entfernt sind und sich Sorgen um das Schicksal des wahrscheinlich leidenden Tieres machen, versuchen, die Feinheiten des Experiments zu verstehen, in der Hoffnung, dass nicht alles so schlimm ist. Die Katze inspiriert Künstler und Populärkultur.
Erwähnen wir seine wichtigsten Erfolge:

Literatur: Die Situation mit Schrödingers Katze wird von den Hauptfiguren des Buches „Dirk Gentlys Detektivbüro“ von Douglas Adams thematisiert. In Dan Simmons‘ Buch Endymion schreibt der Protagonist Raoul Endymion seine Geschichte, während er sich in Schrödingers Katzenkiste im Orbit um Armagast befindet. Im letzten Drittel von Robert Heinleins Buch „Die Katze geht durch Wände“ taucht die rotbraune Katze Pixel auf, die die Fähigkeit von Schrödingers Katze besitzt, sich gleichzeitig in zwei Zuständen zu befinden. Terry Pratchetts Buch „The Cat No Fool“ beschreibt humorvoll die Rasse der sogenannten „Schrödinger-Katzen“, die von derselben Schrödinger-Katze abstammen. Dieses Gedankenexperiment wird auch in anderen Werken von Pratchett mehrfach erwähnt, beispielsweise im Roman „Ladies and Gentlemen“. In der Geschichte von F. Gwynplain McIntyre „Nursing Schrödinger the Cat“ entpuppt sich eine der Figuren als Schrödingers eigenes Haustier, die Katze Tibbles. Tatsächlich entfaltet sich rund um diese Katze die Handlung einer humorvollen Geschichte, großzügig gewürzt mit Details aus verschiedenen Bereichen der Physik. Die Handlung von Frederik Pohls Science-Fiction-Roman „Das Kommen der Quantenkatzen“ (1986) basiert auf der Idee der Interaktion zwischen „benachbarten“ Universen. In der philosophisch-satirischen Miniatur „Schrödingers Katze“ von Nikolai Baytov wird Schrödingers Paradoxon auf den Kopf gestellt: Eine Organisation namens „Liga der reversiblen Zeit“ überwacht seit 50 Jahren ununterbrochen eine lebende Katze in einer Kiste und glaubt, dass die Es wird eine Beobachtung durchgeführt - der Zustand, in dem sich die Katze befindet, sollte sich nicht ändern. In Lukyanenkos Buch „The Last Watch“ wird der Hauptfigur eine Schlinge namens „Schrödingers Katze“ um den Hals gelegt, deren Besonderheit darin besteht, dass die Zauberer nicht verstehen, ob diese Kreatur lebt oder nicht. Erwähnt in Greg Egans Roman „Quarantine“, in Christopher Stasheffs Fantasy „The Healer Magician“, in Gregory Dale Bears Geschichte „The Schrödinger Plague“; Der polnische Schriftsteller Sapkowski erwähnt Codringhers Katze. In Mercy Shelleys Cyberpunk-Roman 2048 heißt es: „Ein Typ mit einem Nachnamen, der einer Akte ähnelte, steckte einen armen Biorg in eine Eisenkiste, in der sich nichts außer einer Phiole mit Gift befand.“ Svetlana Shirankovas Gedicht „Schrödingers Katze“ hat einen sehr inspirierenden Anfang: „Doktor Schrödinger, Ihre Katze lebt noch.“ Bildschirm: Im Film „A Serious Man“ der Coen-Brüder erklärt ein Student einem Professor: „Ich verstehe das Experiment mit der toten Katze“, was natürlich das Gegenteil anzeigt. Im Film „Repo Man“ („Collectors“, in der russischen Veröffentlichung „Rippers“) spricht die Hauptfigur zu Beginn des Films über einen unbekannten Wissenschaftler, der eine Katze hat. Und diese Katze befindet sich in einem Zustand von „... gleichzeitig lebendig und tot ...“. In einer der Episoden der Science-Fiction-Serie Stargate SG-1 taucht eine Katze namens Schrödinger auf. Auch die Hauptfigur der Science-Fiction-Serie „Slithers“ hat eine gleichnamige Katze. In der TV-Serie Stargate SG-1 wurde einem Außerirdischen eine orangefarbene Katze namens Schrödinger geschenkt. Die tote Katze Schrödinger erscheint in der Fernsehserie CSI: Las Vegas (Staffel 8, Folge 15: The Theory of Everything). Schrödingers Katze wird auch in der Fernsehserie „The Big Bang Theory“ erwähnt, wo der Held als Antwort auf die Frage eines Mädchens, ob sie auf ein Date gehen solle, eine Analogie zu Schrödingers Katze zieht, was bedeutet, dass man gewonnen hat, solange man es nicht versucht Ich weiß es nicht: „Penny, denn um herauszufinden, ob die Katze lebt oder tot ist, musst du die Kiste öffnen.“ In der TV-Serie „Bugs“ wurde die Rolle von Schrödingers Katze durch Hinweise auf Roter Merkur in einem mit Sprengfallen versehenen Safe gespielt. Im japanischen Anime Hellsing (OVA) (sowie im gleichnamigen Manga) gibt es einen Cat-Man-Charakter namens Schrödinger, der weder lebt noch tot ist und die Fähigkeit zur Teleportation besitzt („überall und nirgendwo sein“). und ist völlig unzerstörbar. Im Anime „To Aru Majutsu no Index“ wendet sich die Hauptfigur, als sie von einem Mädchen gebeten wird, ein Kätzchen Schrödinger zu nennen, daran, dass Katzen nicht so genannt werden dürfen. Im Anime Shigofumi gibt es auch eine Katze namens Schrödinger. Im japanischen Anime und Spiel Umineko no naku koro ni wird die Erfahrung bei Battlers Versuch genutzt, die Unmöglichkeit von Magie zu beweisen (auch verwendet in „Proof of the Devil“, „Hempel’s Crows“, „Laplace’s Demon“). In einer der Futurama-Folgen „Law and Oracle“ versteckte Schrödinger Drogen in einer Kiste mit einer Katze. Comics/Manga: Ein kleiner Comic über Schrödingers Katze und Maxwells Dämon. He's Dead: Schrödinger of the Cat: Und andere Comics auf joyreactor.ru. Spiele: Es gibt ein Questspiel „Return of the Quantum Cat“. Im Spiel „Nethack“ gibt es ein Monster „Quantum Mechanic“, das manchmal eine Kiste mit einer Katze bei sich hat. Der Zustand der Katze wird erst beim Öffnen der Kiste festgestellt. Im Spiel „Half-Life 2“ gab es eine Katze in einem Labor mit Teleportern, von der Barney „immer noch“ Albträume hat. Das Porträt von Schrödingers Katze findet sich auch im Remake von Half-Life aus dem Jahr 1998. - „Black Mesa“ (früher bekannt als „Black Mesa: Source“). Link zum notariell beglaubigten Screenshot. In jedem Level von Bioshock gibt es eine tote Katze in einer abgelegenen Ecke, die als Shrodinger identifiziert wird. Auch im zweiten Teil ist er zu finden – die Katze ruht auf einer der Eisschollen in einem gefrorenen Raum mit vier Überwachungskameras in den Ecken. Die gleichnamige NPC-Katze erscheint im japanischen Rollenspiel Shin Megami Tensei: Digital Devil Saga. Der Hauptslogan des Spielportals „Der Kuchen ist eine Lüge“ ist eine Errativierung eines der Ergebnisse von Schrödingers Experiment, nämlich „Die Katze lebt.“ Auch im zweiten Teil des Spiels kommt die Katze nicht in Vergessenheit. Eine Erwähnung des Experiments findet sich im Regelbuch des russischen Brettspiels „Age of Aquarius“. Die Katze hat sogar ihr eigenes Merkmalsschild – es ist völlig leer, als ob es nicht existierte. Musik: Das sogenannte Festival der ungewöhnlichen Musik „Schrödingers Katze“, das unter dem Motto „Echtes Leben – echter Tod – echte Musik!“ stattfand, durchlief mehrere Etappen. und „Ist Schrödingers Katze lebendig oder tot?“ Und du?" Google berichtet außerdem, dass es sich bei dem Namen „KoT Schrödinger“ um ein nahezu musikalisches Projekt einer sehr kleinen Gruppe aus Korolev bei Moskau handelt. Das Album Saturnine Martial and Lunatic der britischen Band Tears for Fears enthält einen gleichnamigen Song. Auch die russische Gruppe „Allein Fur“ Immer spielt ein gleichnamiges Lied. Humor: Jeder Witz über Schrödingers Katze ist lustig und unlustig zugleich. Schrödinger und Heisenberg fahren die Autobahn entlang zu einer Konferenz, Schrödinger fährt. Plötzlich gibt es einen Knall und er hält das Auto an. Heisenberg blickt auf die Straße:
- Oh mein Gott, es sieht aus, als hätte ich eine Katze angefahren!
- Er ist gestorben?
- Das kann ich nicht genau sagen. Schrödinger ging durch den Raum und suchte nach dem kackenden Kätzchen, und es lag weder lebendig noch tot in der Kiste. Verschiedenes: Künstler widmen Schrödingers Katze Aufmerksamkeit und versuchen, die Mehrdeutigkeit seiner Position durch Malerei und Grafik zu vermitteln. Auch auf T-Shirts und Tassen sind Bilder dieses Tieres zu sehen. Terroristen, von denen nicht bekannt ist, dass sie tot oder lebendig sind, werden manchmal als „Schrödingers Terroristen“ bezeichnet. Von den berühmten Persönlichkeiten befanden sich beispielsweise Jassir Arafat in diesem Zustand, als er vor seinem Tod im Koma lag, sowie Osama Bin Laden. Laut Absurdopedia ist die Katze im Sack eine vereinfachte Version von Schrödingers Katzenexperiment [Link]. Stephen Hawking paraphrasierte Hans Josts Schlagwort „Wenn ich von Kultur höre, greife ich zur Waffe“ wie folgt: „Wenn ich von Schrödingers Katze höre, greift meine Hand zur Waffe!“ Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass Hawking wie viele andere Physiker der Meinung ist, dass die Interpretation der Quantenmechanik der „Kopenhagener Schule“ die Rolle des Beobachters ungerechtfertigt betont. Im Zusammenhang mit der Eröffnung der MEPhI-Theologieabteilung hat sich im Internet folgendes Bild verbreitet:

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.
„Schrödingers Katze“ 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“.
Inhalt:
1. Beschreibung des Experiments
2. Erklärung in einfachen Worten
3. Video von The Big Bang Theory
4. Bewertungen und Kommentare
Beschreibung des Experiments
Der Originalartikel von Erwin Schrödinger wurde 1935 veröffentlicht. Darin wurde das Experiment mit der Technik des Vergleichs oder sogar der Personifizierung beschrieben:

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 umwandelt, 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.
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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 fragen uns: 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 ohne Zwischenzustände lebendig/tot. 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 unverwest sein (Wikipedia).
Video aus der Urknalltheorie
Eine weitere neuere Interpretation von Schrödingers Gedankenexperiment ist eine Geschichte, die Sheldon Cooper, der Held der Urknalltheorie, 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

Das berühmteste Paradoxon der Quantenmechanik ist mit dem Namen des österreichischen Physikers Erwin Schrödinger verbunden.

Hierbei handelt es sich um ein Gedankenexperiment, das an einer imaginären Katze durchgeführt wird, die in einer geschlossenen Kiste untergebracht ist. Die Kiste enthält einen Behälter mit giftigem Gas, der sich öffnet und die Katze tötet, nachdem der radioaktive Kern zerfallen ist. Die Wahrscheinlichkeit, dass der Kern innerhalb einer Stunde zerfällt, beträgt 1/2.

Die Quantenmechanik besagt, dass der Zustand eines Kerns, wenn er nicht beobachtet wird, eine Mischung aus zwei möglichen Ergebnissen ist. Das heißt, die Katze, die in der Kiste sitzt, ist gleichzeitig lebendig und tot, bis der Experimentator die Kiste öffnete und sah, was wirklich passierte.

Es gibt eine komplizierte Version des von Wigner vorgeschlagenen Experiments. Wenn der Experimentator die Box öffnet und eine lebende Katze sieht, wird die Katze im Labor als lebendig erkannt. Aber nehmen wir an, der Experimentator hat einen Freund außerhalb des Labors. Er erkennt die Katze erst als lebendig, als der Experimentator ihn darüber informiert. Doch alle anderen Freunde hatten die Katze noch nicht als lebendig erkannt, bis ihnen das Ergebnis mitgeteilt wurde. Das heißt, bis zu diesem Moment Bis alle Menschen im Universum den Fortschritt des Experiments erfahren, bleibt die Katze gleichzeitig lebendig und tot.

Es haben sich zwei Hauptinterpretationen der Quantenmechanik herausgebildet, die Schrödingers Experiment auf unterschiedliche Weise erklären.

In der Kopenhagener Interpretation Das System wählt im Moment einer Beobachtung einen von zwei möglichen Zuständen aus.

Das Katzenexperiment zeigt, dass die Art der Beobachtung selbst nicht genau definiert ist: Findet sie in dem Moment statt, in dem die Schachtel geöffnet wird, oder in dem Moment, in dem das Teilchen zerfällt? Vor dem Öffnen der Schachtel befindet sich die Katze jedenfalls keineswegs in einer Verwirrung zwischen Lebenden und Toten, denn die Gesetze der Mikrowelt gelten nicht für makroskopische Objekte.

Befürworter der Viele-Welten-Interpretation Betrachten Sie den Messvorgang nicht als etwas Besonderes: Es wird davon ausgegangen, dass beide Zustände der Katze existieren. Doch in dem Moment, in dem der Beobachter die Box öffnet, entstehen zwei Beobachterzustände, die in keiner Weise miteinander interagieren. Das heißt, das Universum spaltet sich in zwei weitere Universen auf, von denen der Beobachter in einem eine tote Katze und im anderen eine lebende Katze sieht.

Diese Interpretation erscheint fantastisch, obwohl viele Wissenschaftler ihre Existenzberechtigung auf Augenhöhe mit der Kopenhagener Interpretation anerkennen.

Die Viele-Welten-Theorie diente den Machern der Filme „The Prestige“ (2006) und „Source Code“ (2011) als Inspiration, und gleichzeitig basieren einige Ideen der Quantenkryptographie darauf.

Im Jahr 1935 veröffentlichte Eric Schrödinger, ein glühender Gegner der neu entstehenden Quantenmechanik, einen Artikel, der angeblich die Widersprüchlichkeit des neuen Entwicklungszweigs der Physik aufdecken und beweisen sollte.

Der Kern des Artikels ist ein Gedankenexperiment durchführen:

1. Eine lebende Katze wird in eine vollständig verschlossene Box gelegt.
2. Neben der Katze wird ein Geigerzähler mit einem radioaktiven Atom platziert.
3. Ein mit Säure gefüllter Kolben wird direkt an den Geigerzähler angeschlossen.
4. Der mögliche Zerfall eines radioaktiven Atoms aktiviert den Geigerzähler, der wiederum den Kolben zerbricht und die aus ihm austretende Säure die Katze tötet.
5. Bleibt die Katze am Leben oder stirbt sie, wenn sie bei solch unbequemen Nachbarn bleibt?
6. Für das Experiment ist eine Stunde vorgesehen.

Die Antwort auf diese Frage sollte die Inkonsistenz der Quantentheorie beweisen, die auf Superposition basiert: dem Gesetz des Paradoxons – alle Mikroteilchen unserer Welt befinden sich immer gleichzeitig in zwei Zuständen, bis sie zu beobachten beginnen.

Das heißt, unsere Katze befindet sich in einem geschlossenen Raum (Quantentheorie) und ist gleichzeitig wie ihr unvorhersehbarer Nachbar, das Atom, anwesend in zwei Staaten:

1. Eine lebende und zugleich tote Katze.
2. Ein zerfallenes und gleichzeitig nicht zerfallenes Atom.

Was nach klassischer Physik völliger Unsinn ist. Die gleichzeitige Existenz solcher sich gegenseitig ausschließender Dinge ist unmöglich.

Und das ist richtig, aber nur aus der Sicht des Makrokosmos. Während in der Mikrowelt völlig andere Gesetze gelten, hat sich Schrödinger geirrt, als er die Gesetze der Makrowelt auf die Beziehungen innerhalb der Mikrowelt anwendete. Nicht zu verstehen, dass eine gezielte Beobachtung der anhaltenden Unsicherheiten der Mikrowelt letztere beseitigt.

Mit anderen Worten: Wenn wir ein geschlossenes System öffnen, in dem eine Katze zusammen mit einem radioaktiven Atom platziert wird, sehen wir nur einen der möglichen Zustände des Subjekts.

Dies wurde vom amerikanischen Physiker der University of Arkansas, Art Hobson, nachgewiesen. Wenn man seiner Theorie zufolge ein Mikrosystem (radioaktives Atom) mit einem Makrosystem (Geigerzähler) verbindet, wird letzteres notwendigerweise mit dem Zustand der Quantenverschränkung des ersteren durchdrungen und geht in eine Überlagerung über. Und da wir dieses Phänomen nicht direkt beobachten können, wird es für uns inakzeptabel (wie Schrödinger bewiesen hat).

Wir haben also herausgefunden, dass sich das Atom und der Strahlungszähler in derselben Überlagerung befinden. Wen oder was können wir dann in diesem System eine Katze nennen? Wenn wir logisch denken, wird die Katze in diesem Fall zum Indikator für den Zustand des radioaktiven Kerns (einfach ein Indikator):

1. Die Katze lebt, der Kern ist nicht verfallen.
2. Die Katze ist tot, der Kern ist zerfallen.

Wir müssen jedoch berücksichtigen, dass die Katze ebenfalls Teil eines einzigen Systems ist, da sie sich ebenfalls in der Box befindet. Daher steht die Katze laut Quantentheorie in einer sogenannten nicht-lokalen Verbindung mit dem Atom, d.h. in einem verwirrten Zustand, also in einer Überlagerung der Mikrowelt.

Daraus folgt, dass bei einer plötzlichen Änderung an einem der Objekte des Systems dasselbe auch bei einem anderen Objekt passieren wird, egal wie weit sie voneinander entfernt sind. Eine augenblickliche Änderung des Zustands beider Objekte beweist, dass es sich um ein einziges System handelt, das einfach durch den Raum in zwei Teile geteilt wird.

Das bedeutet, dass wir mit Sicherheit sagen können, dass Schrödingers Katze sofort entweder lebendig ist, wenn das Atom nicht zerfallen ist, oder tot ist, wenn das Atom zerfallen ist.

Und doch war es Schrödingers Gedankenexperiment zu verdanken, dass ein mathematisches Gerät konstruiert wurde, das die Überlagerungen der Mikrowelt beschreibt. Dieses Wissen hat in der Kryptographie und Computertechnologie breite Anwendung gefunden.

Abschließend möchte ich die unerschöpfliche Liebe aller Autoren und Kinos zum mysteriösen Paradoxon von „Schrödingers Katze“ hervorheben. Das ist einfach ein paar Beispiele:

1. Ein magisches Gerät namens „Schrödingers Katze“ in Lukjanenkos Roman „Die letzte Wache“.
2. Im Kriminalroman „Dirk Gently's Detective Agency“ von Douglas Adams wird das Problem von Schrödingers Katze lebhaft diskutiert.
3. In R. E. Heinleins Roman „Die Katze geht durch Wände“ befindet sich die Hauptfigur, eine Katze, fast ständig in zwei Zuständen gleichzeitig.
4. Lewis Carrolls berühmte Grinsekatze aus dem Roman „Alice im Wunderland“ liebt es, an mehreren Orten gleichzeitig aufzutauchen.
5. Im Roman Fahrenheit 451 wirft Ray Bradbury das Thema Schrödingers Katze in Form eines lebenden, toten mechanischen Hundes auf.
6. Im Roman „Der heilende Magier“ beschreibt Christopher Stasheff auf sehr originelle Weise seine Vision von Schrödingers Katze.

Und viele andere bezaubernde, völlig unmögliche Ideen zu solch einem mysteriösen Gedankenexperiment.

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 Raumkoordinaten 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 sich gerne in Kisten verstecken (). 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 Sheldon Cooper, der Held der Urknalltheorie, 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.