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Schrödingers Katze einfach erklärt

Schrödingers Katze einfach erklärt2:36
Video von Jojo Hansen2:36

Schrödingers Katze ist ein Gedankenexperiment aus der Quantenphysik. "Einfach erklärt" setzt jedoch bei diesem komplexen Thema eine gewisse Vertrautheit mit physikalischen Vorstellungen voraus.

Was Sie benötigen:

  • physikalische Grundkenntnisse (Quantenphysik)
  • etwas Zeit

Was ist Schrödingers Katze?

  • Das Gedankenexperiment "Schrödingers Katze" wurde von dem Physiker Erwin Schrödinger Anfang des letzten Jahrhunderts vorgeschlagen.
  • Er wollte - als Kritiker und gleichzeitig Vorantreiber der Quantenphysik - mit diesem Experiment darauf hinweisen, dass die damals entwickelten (und auch heute noch gültigen) Gesetze der Quantenmechanik zu absolut absurden Schlussfolgerungen führen, wenn man sie von atomaren Dimensionen (wo sie uneingeschränkt gelten) auf reale Systeme unseres Alltags (wo die normale klassische Physik gilt) überträgt, nämlich in einem Experiment. Und das ganz einfach erklärt.
  • In den Überlegungen Schrödingers kommt tatsächlich eine Katze vor. Warum er gerade dieses Tier gewählt hat, ist jedoch nicht bekannt. Es hätte auch eine Maus oder ein Hund sein können.

Die Regeln der Quantenphysik - einfach erklärt

  • Mikroskopische Teilchen verhalten sich nicht wie Gegenstände unseres (makroskopischen) Alltags. Sie unterliegen eigenen Regeln. So lassen sich beispielsweise die Elektronen eines Atoms nicht an einem genauen Ort "festnageln", sondern sie befinden sich mehr oder minder frei in einem bestimmten Raum. Dabei haben sie durchaus Eigenschaften, die man von Wellen kennt, nicht aber von Teilchen.
  • Dieses Verhalten beschreibt die sogenannte Wellenfunktion, die eine Überlagerung aller möglichen Zustände ist, die diese Elektronen einnehmen können. In der Sprache der Physik nennt man das die Superposition. Mit anderen Worten: Man weiß nie so genau, was sie eigentlich treiben, sondern nur mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit. So ist es paradoxerweise möglich,  dass sich ein Elektron an zwei Orten aufhalten kann, und zwar gleichzeitig!
  • Derzeit gibt es für die mikroskopische Welt kein Experiment, dass diesen quantenphysikalischen Gesetzen widerspricht, sie gelten dort universell. Auch der radioaktive Alphazerfall und die Kernfusion sind nur mit diesen Gesetzen restlos zu erklären. 

Wie funktioniert das Experiment "Schrödingers Katze"?

Wenn aber die Quantenphysik im atomaren Bereich funktioniert, warum tut sie dies dann nicht in unserer alltäglichen Welt? Auch die "Väter der Quantenphysik", allen voran Heisenberg, Einstein und Schrödinger, stellten sich diese wichtige Frage. Schließlich kann sich eine Person oder ein anderer Gegenstand in einem Raum befinden oder nicht, aber nicht beides zugleich. Im Alltag gibt es nur ein Entweder-oder.

  1. Im Jahr 1935 ersann Schrödinger nun sein berühmtes Gedankenexperiment, das diese Problematik besonders absurd wiedergeben sollte.
  2. In diesem Experiment koppelt er den radioaktiven Zerfall (also ein mikroskopisches System) an ein Objekt aus der Alltagswelt, eine Katze.
  3. Diese Katze wird in dem Experiment in eine Kammer gesperrt.
  4. Dort befinden sich auch ein radioaktives Präparat und ein Zählrohr.
  5. Im Verlauf einer Stunde kann dort eines der Atome zerfallen, vielleicht jedoch auch nicht.
  6. Beim Zerfall spricht das Zählrohr an und mit einem Hämmerchen wird ein Gläschen mit Blausäure zertrümmert.
  7. Davon wird die Katze getötet (Tierschützer müssen jetzt taper sein).
  8. Hat der Versuchsleiter die Kammer eine Stunde sich selbst überlassen, so kann die Katze also noch leben, aber auch tot sein - genau weiß man es jedoch nicht (wenn die Kiste vollkommen zu ist!).
  9. Nach der Quantenphysik befindet sich das System dann in einer Überlagerung zweier Zustände: "Die Katze ist tot" und "Die Katze ist lebendig" - eine absurde Situation, die dem gesunden Menschenverstand widerspricht, denn die Katze kann ja nicht gleichzeitig tot und lebendig sein. 

Schlussfolgerungen aus Schrödingers Katze

  • Das Gedankenexperiment hat Deutungen und Interpretationen herausgefordert.
  • Eine bekannte ist die "Kopenhager Deutung", die von Niels Bohr stammt. Dabei kommt dem Beobachter oder Experimentator eine wichtige Rolle zu: Erst wenn dieser in der Kiste nachsieht, was los ist, geht das quantenphysikalisch unbestimmte System in einen der möglichen Zustände über. Die Wellenfunktion des Systems bricht dann - aus physikalischer Sicht - zusammen und es ergibt sich ein Zustand der normalen Alltagswelt (tot oder (!) lebendig). Aber schon Einstein formulierte: Müsste dann nicht eigentlich dauernd jemand die Welt beobachten, um diese zusammenzuhalten oder ist dies zu einfach erklärt?
  • Auch heute ist noch nicht restlos geklärt, wie der Übergang vom mikroskopischen zum makroskopischen System stattfindet. Erste Hinweise liefert die so genannte Dekohärenztheorie, bei der Wechselwirkungen mit der Umwelt das quantenphysikalische System zerstören und "Ordnung schaffen".

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