Frage bezüglich Schrödingers Katze?
Hi @ll
Habe mir gerade ein video über das Gedankenexperiment "Schrödingers Katze" angesehen , was ich aber nicht verstehe ist das die Katze ein Zwischenstadium haben kann . Denn entweder ist sie Tot oder Lebendig. Was genau wollte erwin Schrödinger damit aussagen bzw verdeutlichen .
Mfg
6 Antworten
Es handelt sich erstmal nur um ein Gedankenexperiment. Die Dekohärenz lässt die Wellenfunktion (Überlagerung der beiden Zustände tot und lebendig) schon frühzeitig zusammenbrechen, so dass ein eindeutiger Zustand vorliegt. Es hilft aber uns die Quantenphysik besser verstehen zu können.
Warum soll eine Katze nicht sowohl als auch bzw. weder noch lebendig und tot gleichzeitig sein können? Du musst dich hinterfragen, wie du zu der Erkenntnis kommst, dass sie nur lebendig oder tot sein kann. Kannst du logische Gründe dafür anführen oder schließt du dies lediglich aus deiner Erfahrung über die alltägliche Welt?
Letzteres ist der Fall. In der makroskopischen Welt kollabiert der überlagerte Zustand sehr schnell in einen eindeutigen, so dass wir ohne Hilfsmittel nur solche Zustände beobachten können. Auf Grund dieser Erfahrung gehen wir (fälschlicherweise) davon aus, dass nur ein Zustand vorliegen kann.
Die Quantenphysik ist aber nicht apodiktisch, d. h. es muss nicht ein eindeutiger Zustand vorliegen. Die Katze ist eben in einem Zwischenzustand. In einer Viele-Welten-Interpretation kannst du dir vorstellen, dass es zur Aufspaltung des Universums kommt. In einem lebt die Katze, in dem anderen ist sie tot.
Ich wäre dir dankbar, dass, wenn du meine Antwort kommentierst, du auch deinen Kommentar begründen würdest. In welcher Hinsicht soll meine Antwort um Sinn des Gleichnis vorbei gehen?
- Als Schrödinger jenes Gleichnis erfand, hat (noch 50 Jahre lang) niemand von Dekohärenz gesprochen.
- Im Überlagerungszustand zu sein bedeutet, keinen Zustand im klassischen Sinne zu haben. Das einzige, was man dann wissen kann, sind die Wahrscheinlichkeiten dafür, dass "Messung" (= im Gleichnis das Öffnen der Box) die Katze in diesen oder jenen klassischen Zustand versetzt.
Und weil vor 50 Jahren niemand von Dekohärenz gesprochen hat, darf ich heute in Bezug und zur Klärung des Gedankenexperiments diesen Begriff nicht verwenden? Muss ich das verstehen? Scheinbar bin ich wohl nicht der einzige der diesbezüglich diesen Begriff verwendet.
https://www.nature.com/news/2000/000120/full/news000120-10.html
Mit eindeutigem Zustand in meiner Antwort habe ich den klassischen binären Zustand ("tertium non datur") gemeint. Ich sprach ausdrücklich von einem sowohl-als-auch bzw. weder-noch Zustand. Was denkst du soll dies außer dem Überlagerungszustand sonst bezeichnen?
Die Kopenhagener Deutung geht auf den Zustand vor Messung eigentlich nicht ein, da er nicht beobachtbar ist. Trotzdem kann man sich auch hierüber Gedanken machen. Es ist ja nicht so, dass der Zustand davor einfach nur nicht bekannt wäre, sondern er steht eben noch gar nicht eindeutig (zumindest im klassischen Sinne) fest, wie man aus Interferenz- und Korrelationsexperimenten weiß. Ich sehe hierfür zwei Möglichkeiten. Entweder der Zustand der Katze (vorherige Dekohärenz mal außen vorgelassen) ist sowohl tot als auch lebendig oder er ist keins von beidem.
Ersteres wurde zu einem logischen Widerspruch führen, den die Natur nicht dulden kann. Aus diesem Grund müsste sich das Universum in parallele Welten spalten, so dass in jedem ein eindeutiger (nicht-widersprüchlicher) Zustand vorliegt (Viele-Welten-Interpretation). Die Superposition würde dann lediglich die Überlagerung dieser (parallelen) Welten beschreiben und angeben mit welcher Wahrscheinlichkeiten wir uns (also eine unserer Instanzen) in dem jeweiligen befinden.
Im letzteren Fall würde man das im klassischen Sinne ausgeschlossene Dritte in der Quantenphysik eben zulassen, was zu verschiedenen Formen von Quantenlogik führt. Hier würde sich die Natur eben noch alle Möglichkeiten offen lassen und müsste sich erst bei Messung entscheiden.
https://philpapers.org/rec/MITTPO
Die Superposition würde dann hier angeben mit welcher Wahrscheinlichkeit sich die Natur dann letztlich für einen der beiden Zustände entscheidet.
Im Aufsatz hinter dem ersten deiner beiden Links liest man:
They set up superpositions of quantum states in single ions (charged atoms) of the element beryllium cooled to very low temperatures using laser beams and held within a trap created by an electromagnetic field. In this trap, laser light can then be used to prepare the ion in a variety of superpositions of its possible quantum states.
Wineland and colleagues tailored the coupling between the ion and its environment, which induces decoherence. In particular, they showed that the amount of 'coherence' -- crudely put, the amount of superposition still surviving -- declined over time in the manner predicted by quantum theory. They also verified that the rate of decoherence increases as the 'size' of the superposition increases. Furthermore, by using a special trick to control the coupling of the trapped ion to its environment, they simulated the effect of 'shrinking' the environment to the point that they could observe slowing and even reversals of decoherence.
Das ist interessant, wert zu wissen und unser bisher genauestes Wissen darüber, wie sich der Zustand eines Quants (oder Quantensystems) zwischen Messungen entwickelt. Die hier angesprochene Detailebene ist aber deutlich tiefer als die in Schrödingers Gleichnis. welches nur dafür da war, grobe Missverständnisse auszuräumen.
Schrödinger selbst hatte später den Eindruck, dass sein Gleichnis eher noch mehr zur Verwirrung beitrug, und er soll bedauert haben, es nicht mehr aus der Welt schaffen zu können. Er klagte (Zitat):
Ich mag sie nicht [die Katze], und es tut mir leid, dass ich jemals etwas mit ihr zu tun hatte.
Das Gedankenexperiment war eigentlich dazu gedacht zu zeigen wie "unsinnig" die Quantenmechanik ist.
Eine Katze kann einfach nicht tot und lebendig gleichzeitig sein, also kann auch die Ursache, die Superposition des quantenmechanischen Systems nicht in Superposition sein.
Inzwischen wird das Gedankenexperimente allerdings dazu benutzt die Quantenmechanik zu veranschaulichen. Die Katze ist demnach wirklich tot und lebendig gleichzeitig. Das Interessante bei der Quantenmechanik ist, dass man zeigen kann, dass diese Superposition, also die Überlagerung von Zuständen, völlig real ist. Es ist nicht so, dass man den Zustand nur noch nicht weiß, der Zustand ist wirklich unbestimmt.
Um die Verwirrung noch etwas weiter zu erhöhen: Schrödingers Katze würde sich nie in Superposition befinden. Die Katze interagiert als makroskopisches Objekt viel zu stark mit seiner Umgebung. Schon ein paar Photonen reichen um die Superposition kolloabieren zu lassen - einfach gesagt Wärme.
Würde man so eine Katze wirklich in Superposition bringen wollen, man müsste wohl einen erheblichen technischen Aufwand betreiben um eine Interaktion mit der "Außenwelt" zu vermeiden.
Die größten Objekte die man bisher in Superposition bringen konnte sind sogenannte Fullerene. Das sind größere, geschlossene Moleküle aus Kohlenstoffatomen - sehen etwas aus wie Fussbälle. Sie bestehen allerdings aus relativ wenigen Kohlenstoffatomen.
Gruß
In den Anfängen der Quantenmechanik war nicht klar, wo der überlagerte Quantenzustand kleiner Objekte endet und wo der entschiedene Messzustand großer Objekte anfängt. Um das zu verdeutlichen, hat sich Schrödinger seine Katze ausgedacht, bei der ein überlagerter Quantenzustand eines Atoms (zerfallen/nicht zerfallen) an den Zustand einer Katze (tot/lebendig) gekoppelt wird und die Frage gestellt wird, ob sich die Überlagerung dann auch auf diesen angekoppelten makroskopischen Zustand überträgt.
In Wirklichkeit löst sich der Quantenzustand schon bei der ersten Messung, spätestens im Geigerzähler, auf und verwandelt sich in einen entschiedenen Messzustand. Die Katzenzustände sind also nicht überlagert, die Katze ist entweder tot oder lebendig.
Dass Quantenzustände tatsächlich überlagert sind, sieht man am Beugungsmuster von Elektronenstrahlen im Doppelspalt, wo jedes Elektron quasi durch beide Spalte gleichzeitig fliegt und mit seiner Aufenthaltswahrscheinlichkeit auf dem Detektorschirm ein Interferenzmuster bildet; erst wenn man die Elektronen durch "Beleuchtung" dazu zwingt, sich vor dem Spalt zu offenbaren, entscheiden sie sich für einen der Spalte, und ein ganz anderes Muster entsteht (Feynman-Experiment).
...löst sich der Quantenzustand schon bei der ersten Messung, spätestens im Geigerzähler, auf...
So wird häufig gesprochen, aber das ist irreführend. Es wird kein ,,klassischer" Zustand daraus, sondern ein anderer Quantenzustand, der sich vom ursprünglichen Zustand in einer entscheidenden Sache unterscheidet.
Es gibt zu jeder Größe einen Operator; wendet man den auf einen Zustand an, kommt im Allgemeinen irgendein anderer Zustand heraus. In besonderen Fällen, sogenannten Eigenzuständen des Operators, kommt derselbe Zustand heraus, mal einem Eigenwert, dem potentiellen Messwert.
Andere Zustände lassen sich jeweils nach Eigenzuständen entwickeln, also als Überlagerung von Eigenzuständen zu unterschiedlichen Eigenwerten; deshalb kann man im solchen Fällen unterschiedliche Werte mit unterschiedlichen Wahrscheinlichkeiten messen.
Nur in einem Eigenzustand wird man bei jeder Wiederholung immer denselben Wert messen.
ob eine Erklärung von Eigenvektoren des Hamiltonoperators und den zugehörigen Eigenwerten (den Energien der Zustände) dem Fragesteller geholfen hätte, wage ich zu bezweifeln. Die Schrödingergleichung ist eine Offenbarung für mathemathisch Durchgebratene, nicht für Laien.
Daa hier ist zunächst einmal nicht die SCHRÖDINGER - Gleichung. In erster Linie geht es darum, dass der sogenannte, ,Kollaps der Wellenfunktion" mitnichten ,,aus der Welle ein Teilchen" macht, etwa in dem Sinne, es werde so etwas wie eine kleine Murmel daraus, die sich klassisch verhielte.
Es ist und bleibt ein Quant, eine elementare Anregung eines Materiefeldes (respektive eines Kraftfeldes wie im Fall des Photons).
In erster Linie geht es darum, dass der sogenannte, ,Kollaps der Wellenfunktion" mitnichten ,,aus der Welle ein Teilchen" macht, etwa in dem Sinne, es werde so etwas wie eine kleine Murmel daraus, die sich klassisch verhielte.
das habe ich auch noch nie so behauptet gesehen. Der Geigerzähler in der Katzenkiste ist aber sehr wohl ein klassisches Objekt mit einem Zustand, den man am Display ablesen kann.
Ich habe nicht angenommen, dass Du das so meinst, aber aus der Formulierung ,,der Quantenzustand bricht zusammen" machen dann Andere ,,die Welle wird zum Teilchen".
Bei mir kräuseln sich dabei die Nackenhaare, ähnlich wie bei der Formulierung ,,bewegte Uhren gehen langsamer", als ,,ruhende" nämlich. Dabei heißt die Relativitätstheorie deshalb Relativitätstheorie, weil sie GALILEIs alte Erkenntnis, dass Fortbewegung relativ ist, auf MAXWELLs Elektrodynamik anwendet.
Es gibt also gar nicht ,,die bewegte" oder ,,die ruhende" Uhr - und schon gar nicht sieht man von der Erde aus die Crew eines bewegten Raumschiffs in Zeitlupe und diese das Getümmel auf der Erde zugleich im Zeitraffer, wie es mal in nano dargestellt wurde - einer Sendung, an der auch Physiker beteiligt sind!
Bei mir kräuseln sich dabei die Nackenhaare...
Ich diagnostiziere hier ein akutes posttraumatisches Stresssyndrom, verursacht durch eine Überdosis populärwissenschaftlicher Fernsehsendungen. ;))
Aber Nano geht noch - ich habe mir schon vor langer Zeit komplette "Galileo"-Abstinenz verordnet, denn dort galt nur noch als wahr, was unterhaltsam war und in die Sendezeit passte.
In Galileo wurde mal die Frage gestellt, wie es Vögel schaffen, schadlos auf einer Leitung zu sitzen, []Achtung! Bitte hinsetzen und gut festhalten!] ,,durch die 380000 Volt fließen".
Die von mir erwähnte Ausdrucksweise ist mehr als bloß ungenau. Sie ist falsch.
Ich könnte das ignorieren, dadurch würde ich aber nicht ein besseres, profunderes Verständnis der Physik fördern, und das ist aber das, was ich will. Frieden finden kann ich früh genug, wenn ich ins Gras beiße.
ein besseres, profunderes Verständnis der Physik
Ich fürchte, die daran wirklich interessiert sind, studieren auch Physik. Die übrigen suchen nur eine schnelle Antwort, die ihnen das Gefühl von Verständnis gibt, auch wenn das eine Illusion ist. Man merkt das, wenn so eine Frage im täglichen Umgang gestellt wird, und man anfängt, korrekt zu erklären; dann...
- werden die Augen glasig
- wird die Körpersprache ungeduldig
- wird mittendrin das Thema gewechselt
- kommt "entschuldige, ich muss mal eben..."
...und man bleibt zurück mit seiner Frustration. Man kommt sich vor wie ein Affe im Zoo, der von Besuchern kurz angestarrt und dann ignoriert wird, weil die Zoobesucher auch nicht wirklich an Biologie, Zoologie oä interessiert sind.
Wir sind allein im Universum.
Die übrigen suchen nur eine schnelle Antwort, die ihnen das Gefühl von Verständnis gibt, auch wenn das eine Illusion ist.
Das halte ich für zu pessimistisch. Wobei meine Nichte den Spruch geprägt hat: ,,Wenn du was über Physik wissen willst, frag Philip - aber überleg dir vorher, ob du genug Zeit für die Antwort hast."
Man muss ja nicht immer alles ganz richtig erklären, auch manche ,,falsche" Erklärung ist brauchbar. Man sollte nur immer davor warnen, das Modell zu ernst zu nehmen.
Schrödingers Katze ist lediglich ein Gedankenexperiment (natürlich kann eine Katze nicht gleichzeitig lebend und tot sein).
In der Quantenmechanik können jedoch mehrere Zustände gleichzeitig existieren, d.h. es wird erst beim Nachprüfen einer festgelegt, wenn eine Wechselwirkung eintritt.
Bei Schrödingers Gedankenexperiment befindet sich eine Katze in einer Kiste. Ihr Leben ist davon abhängig, ob ein bestimmtes Atom zerfällt und durch einen Mechanismus Gift freisetzt oder nicht. Solange die Kiste geschlossen ist, weiß man nicht, ist die Katze tot oder lebend, d.h. sie ist (als Gedankenexperiment) beides gleichzeitig.
Das Gedankenexperiment hat allerdings einen Denkfehler, denn der Mechanismus prüft laufend, ob das Atom zerfällt, d.h. es findet ständig eine Wechselwirkung statt.
Das war kein Gedankenexperiment, sondern eine Parodie auf die Kopenhagener Interpretation der Quantenphysik.
Wenn es möglich wäre, würde sich Schrödinger vielleicht noch heute im Grabe umdrehen, wenn er sähe, wie sehr das bis heute - und wir reden da über rund hundert Jahre - missverstanden wird.
Diese Erklärung geht am Sinn von Schrödingers Katzen-Gleichnis völlig vorbei.
https://www.gutefrage.net/frage/frage-bezueglich-schroedingers-katze#answer-319776702