Atomphysik

Quantenmech. Atommodell

Schrödingers Katze – ein Gedankenexperiment

  • Was versteht man unter einem Potentialtopf?
  • Warum spricht man von Orbitalen?
  • Welche Ergebnisse liefert die SCHRÖDINGER-Gleichung?

Schrödingers Katze – ein Gedankenexperiment

Bereits im Jahr 1935 veröffentlichte der  Physiker Erwin Schrödinger mit „Schrödingers Katze“ ein Gedankenexperiment, das die direkte Übertragung quantenmechanischer Begriffe auf die makroskopische Welt problematisiert: Eine Katze befindet sich in einer Kiste, gemeinsam mit einer geringen Menge radioaktiver Substanz. Diese ist so gewählt, dass es innerhalb einer Stunde gleich wahrscheinlich ist, ob eines der radioaktiven Atome zerfällt oder kein Zerfall stattfindet. Darüber hinaus befinden sich in der Kiste ein Detektor, ein Hammer und ein Gefäß mit einer giftigen Substanz. Sobald ein Atom nun seinen Zustand ändert, wird der Zerfall durch den Detektor registriert. Dadurch wird der Hammer bewegt, der daraufhin das Gefäß mit der giftigen Substanz zerstört. Die Katze stirbt.
 

Schroedingers Katze
 

Solange die Kiste verschlossen ist, ist von außen betrachtet jedoch nicht klar, ob das Atom zerfallen ist oder nicht. Es befindet sich in einem überlagerten Zustand. Doch gerade von dem Zerfall des Atoms hängt die „Lebendigkeit“ der Katze in dem Gedankenexperiment ab. Solange die Kiste nicht geöffnet wird, befindet sich die Katze quasi auch in einem „Zwischenzustand“ – sie ist zu 50% lebendig und zu 50% tot. Sie befindet sich in einer s. g. „Superposition“ dieser beiden Zustände. Nach den Regeln der Quantenmechanik wird der Zustand erst dann eindeutig festgelegt, wenn das System mit der Umwelt interagiert, also eine „Messung“ durchgeführt wird. Diese führt bei einer quantenmechanischen Superposition dazu, dass das jeweilige Teilchen wieder einen eindeutigen Zustand annimmt, und zwar zufällig einen der in der Superposition enthaltenen Zustände.
 
Das Paradoxon besteht darin, dass dem Gedankenexperiment nach eine Katze als makroskopisches System mit den Regeln der Quantenmechanik in einen Überlagerungszustand aus „lebendig“ und „tot“ gebracht werden könnte, bis erst durch die Beobachtung einer der Zustände festgelegt wird. Dies widerspricht jedoch unserer Anschauung und Alltagserfahrung. „Schrödingers Katze“ zeigt damit, dass quantenmechanische Gesetze nicht einfach auf Alltagssysteme übertragen werden dürfen.
 
Anders verhält sich das im mikroskopischen Bereich. So können Quantenobjekte wie z. B. Photonen oder Elektronen gleichzeitig mehrere Zustände annehmen. Ein Photon beispielsweise kann beim Doppelspaltexperiment gleichzeitig sowohl den einen als auch den anderen Spalt durchdringen. Will man jedoch genau beobachten, wie das Photon die beiden Spalte durchläuft, so wird durch die Messung der Weg des Photons festgelegt und das Experiment verläuft im Ergebnis anders.
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