Mit seinem berühmten Gedankenexperiment „Schrödingers Katze“ wollte Erwin Schrödinger keine Katze quälen, sondern zeigen, wie sehr sich die Gesetze  der Quantenwelt von unseren unterscheiden. Dazu gibt er eine Katze – in Gedanken – in eine Kiste. Sie ist gleichzeitig lebendig und tot. Wie kann das sein?

Stichworte: Schrödingers Katze | Quantenphysik | Doppelspalt | Welle-Teilchen Dualismus

 


Der Ablauf des Gedankenexperimentes

In einer verschlossenen Kiste befindet sich ein instabiler Atomkern, der innerhalb einer bestimmten Zeitspanne mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit zerfällt. Das passiert völlig zufällig, man kann nicht vorhersagen wann.

Wenn der Atomkern zerfällt, wird durch einen Mechanismus ein verschlossenes Reagenzglas zertrümmert, in dem sich Gift befindet, das – ach ja, eine Katze ist auch noch in der Kiste – die Katze tötet.

Nach Ablauf einer Stunde schaut man nach. Die Kiste wird geöffnet. Und ab hier unterscheidet sich die Sprechweise in der Welt der Quantenphysik mit der Sprechweise in unserer Welt.

In unserer Welt:

In dem Moment, in dem wir in die Kiste hineinschauen, werden wir sehen, ob die Katze lebendig oder tot ist. Wenn sie lebt, ist sie unverändert seit Beginn des Experiments in diesem Zustand. Wenn sie tot ist, ist sie irgendwann im Laufe der letzten Stunde gestorben – weil sie durch das Gift getötet wurde. Ob wir messen oder nicht, hat nichts damit zu tun, ob sie lebendig ist, oder tot.

In der Quantenwelt:

In dem Moment, in dem wir in die Kiste hineinschauen, entscheidet sich, ob die Katze lebendig oder tot ist. Bis dahin – seit Beginn des Experimentes – befand sie sich in einem überlagerten Zustand, sie war lebendig und tot zugleich. Wenn wir hineinschauen, im Moment der Messung, wird der Zustand festgelegt. Messen beeinflusst also das Experiment.

Und was soll das eigentlich?

  1. Schrödinger zeigt das Prinzip der Überlagerung: Zwei Zustände, die sich eigentlich ausschließen, können gleichzeitig auftreten. (In unserer Welt ist das nicht so.)
  2. Schrödinger zeigt das Prinzip der Beeinflussung einer Sache durch die Messung. Durch die Messung wird ein quantenphysikalische Zustand erst fetgelegt. (In unserer Welt ist das nicht so.)
  3. Schrödinger illustriert das sehr berühmte Doppelspaltexperiment, in dem Elektronen oder Photonen durch zwei Löcher gleichzeitig fliegen. (In unserer Welt ist das nicht so.)

Wie funktioniert das Doppelspaltexperiment?

Wir haben eine Wand mit zwei Löchern. Wird ein Photon darauf geschossen, kann es eigentlich nur durch das eine oder durch das andere Loch durchgehen, und auf der anderen Seite kann man schauen, wo es auftrifft. Zumindest ist das in unserer Welt so, wenn man Erbsen durch zwei Löcher in der Wand ballert. Ob man dabei hinschaut oder nicht, ist völlig egal.

Wenn man es aber mit Photonen macht – und nicht hinschaut – dann sieht man auf der anderen Seite ein Muster, das es nur geben kann, wenn das Photon durch beide Löcher gleichzeitig durchgegangen ist. Das geht nur, wenn man das Photon nicht als Teilchen, sondern als Welle sieht.

Eine Welle – eine Lichtwelle – kann durch beide Löcher gleichzeitig gehen und ein Interfernezmuster verursachen, sein Muster das entsteht, wenn sich die beiden Teilwellen auf der anderen Seite überlagern und sich dabei verstärken oder abschwächen. Das interessante beim Doppelspaltexperiment ist aber nun, dass das Interferenzmuster – die Welleneigenschaft – verschwindet, wenn man hinschaut, wenn man misst. Dann benimmt sich das Photon so, als ob es entweder durch das eine Loch oder durch das andere Loch gegangen ist – als Teilchen.

Wie bei Schrödingers Katze:  solange man nicht hinschaut, geht das Photon durch beide Löcher – ist die Katze lebendig und tot gleichzeitig, wenn man hinschaut, geht das Photon durch eines der beiden Löcher – ist die Katze lebendig oder tot.

Kann ich mir das noch einmal erklären lassen?

Na sicher. Vom Profi der Erklärung, von Harald Lesch.

 

 

Immer noch interessiert?

Ein Video über die Quantenmechanik überhaupt gibt es von Harald Lesch über diesen Youtube Link.


Quelle: Foto und Text von Lothar Bodingbauer, Video von Harald Lesch  via Youtube