Schrödingers Katze

Schrödingers Katze ist ein Gedankenexperiment, das Erwin Schrödinger 1935 erfand, um aufzudecken, was er als Absurdität in der vorherrschenden Interpretation der Quantenmechanik ansah. Indem er das Leben einer Katze an ein einzelnes zufälliges Quantenereignis kettete, forcierte er eine Frage, über die Physiker immer noch diskutieren: ob mikroskopische Systeme in existieren können Überlagerungen, warum sehen wir darin nie Alltagsgegenstände?

Der Aufbau

Eine Katze ist in einer Kiste mit einem radioaktiven Atom, einem Geigerzähler und einer Flasche Gift eingeschlossen. Wenn das Atom zerfällt, löst der Zähler einen Hammer aus, der den Kolben zerbricht und die Katze tötet; Wenn nicht, lebt die Katze. Die Quantenmechanik beschreibt das nicht zerfallene/zerfallene Atom als Überlagerung, geschrieben

|ψ⟩ = (1/√2)( |kein Zerfall⟩|lebendig⟩ + |Zerfall⟩|tot⟩ )

Im wahrsten Sinne des Wortes verbindet dies die Überlagerung des Atoms mit der Katze, was bedeutet, dass die Katze selbst in einer Überlagerung von lebendig und tot ist, bis jemand die Kiste öffnet. Schrödingers Argument war, dass diese Schlussfolgerung einfach lächerlich erscheint – und dass die Lächerlichkeit ein Problem für die Theorie und nicht für die Katze ist.

Das Messproblem

Das Puzzle ist echt und hat einen Namen: das Messproblem. Die Schrödinger-Gleichung entwickelt Zustände reibungslos und ermittelt nie allein ein einziges Ergebnis. Doch jede Beobachtung, die wir machen, liefert ein eindeutiges Ergebnis. Was eine Überlagerung von Möglichkeiten in eine tatsächliche Tatsache umwandelt – und an welchem ​​Punkt in der Kette vom Atom zum Zähler und zur Katze zum Beobachter – ist genau das, was das Gedankenexperiment dramatisiert.

Wie die Interpretationen darauf antworten

Unterschiedliche Interpretationen der Quantenmechanik führen zu unterschiedlichen Auflösungen. Im Kopenhagen Aus dieser Sicht kollabiert die Messung mit einem makroskopischen Gerät die Wellenfunktion zu einem Ergebnis. Im Viele-Welten Interpretation, es kommt zu keinem Zusammenbruch; beide Zweige sind gleichermaßen real und der Beobachter spaltet sich einfach mit ihnen. Das moderne Arbeitstier ist Dekohärenz: Eine Katze interagiert ständig mit ~10²⁷ Luftmoleküle, Photonen und seine eigene innere Wärme, sodass jede Überlagerung von „lebendig“ und „tot“ in die Umgebung gelangt und in einem winzigen Sekundenbruchteil nicht mehr beobachtet werden kann. Dekohärenz erklärt, warum wir nie siehe die Überlagerung, obwohl es immer noch unterschiedliche Interpretationen darüber gibt, ob ein Ergebnis dann wirklich ausgewählt wird.

Ein häufiges Missverständnis

Die Katze befindet sich nicht „in Überlagerung, weil kein bewusster Verstand zuschaut“. Bewusstsein spielt in der Physik keine Rolle; eine Interaktion mit jedem ausreichend komplexen System – allein dem Geigerzähler – zerstört bereits die empfindliche Überlagerung durch Dekohärenz. Laborexperimente haben Atome, Moleküle und sogar kleine supraleitende Schaltkreise in echte Überlagerungen gebracht, aber die Skalierung auf eine makroskopische Katze wird durch Dekohärenz und nicht durch die Abwesenheit eines Beobachters verhindert.