Wie können Atome gleichzeitig zerfallen und nicht zerfallen sein?

Wie können Atome gleichzeitig zerfallen und nicht zerfallen sein?

Durch Superposition, Überlagerung. Die Fähigkeit dazu, sich zu überlagern, ist eine typische Welleneigenschaft. 

Jedes »Teilchen« besitzt einen mehr oder minder ausgeprägten Wellencharakter mit der

Kreisfrequenz ω=E/ħ und dem
Wellenvektor |k›=|p›/ħ,

mit dem reduzierten Planckschen Wirkungsquantum ħ, und für Elektronen wurde dies in den 1930er Jahren experimentell nachgewiesen, nämlich durch Beugungsexperimente.

Diese Welleneigenschaft bedeutet zunächst einmal, dass das einzelne »Teilchen« kein »Ding« ist, etwa wie ein Murmel, sondern eine elementare Anregung eines Feldes ist, die sehr unterschiedliche Formen annehmen kann, auch z.B. die zwischen zwei räumlich voneinander getrennten Peaks, zwischen denen nichts ist.

So kann es erscheinen, als befinde sich das Teilchen an zwei voneinander getrennten Orten gleichzeitig, etwa als Photon beim Durchtritt eines Doppelspalts oder als Elektron in einem Molekül bei einer π-Bindung. Es erscheint dies also als Überlagerung aus diversen Möglichkeiten, die das »Teilchen« alle gleichzeitig realisiert.

Andererseits kann diese elementare Anregung nur als ein Ganzes irgendwo registriert werden, was dadurch geschieht, dass es mit einem größeren System interagiert.

Es erscheint nun so, als »entscheide« sich das »Teilchen« dadurch, »wo« es »tatsächlich ist« (die vielen Anführungszeichen mögen Dir einen Eindruck vermitteln, wie unzulänglich unsere Sprache (zur Zeit noch) Quantenphänomene beschreibt).

Diese »Unentschiedenheit« und die »Entscheidung« durch Messung kann nicht nur ein einzelnes Teilchen betreffen und sich nicht nur auf den Ort beziehen, sondern auch ein ganzes System betreffen hinsichtlich dessen, ob das System beispielsweise noch ein Ganzes ist oder sich bereits ein Teilsystem davon abgespalten hat, wie das beim radioaktiven Zerfall ist.

Eine »Messung« erfolgt freilich nicht erst durch einen Detektor, der den Menschen über den genauen Zustand des Systems Atomkern aufklärt, sondern durch die Interaktion von aus dem Atomkern entlassenen Teilchen (α- oder β-Teilchen, also ⁴He-Atomkern oder Elektron) mit der unmittelbaren Umgebung, die die »Selbstfestlegung« des Atomkerns als »zerfallen« quasi sofort unumkehrbar macht.

Dass es so sein muss, lässt sich aus der Tatsache ableiten, dass bei radioaktivem Zerfall nicht der sogenannte Quanten-Zeno-Effekt auftritt, sondern das Gegenteil davon, wie israelische Forscher 2000 herausgefunden haben (http://wis-wander.weizmann.ac.il/zenos-quantum-paradox-reversed-watching-flying-arrow-increase-its-speed). Hielte sich ein Überlagerungszustand zwischen »nicht zerfallen« und »zerfallen« lange, so wäre wahrscheinlich etwas anderes zu beobachten gewesen.

Das nennt sich Quantenphysik. Das kann man nur schwer in unserer Umgebung verstehen. Daher gibt es halt Gedankenexperimente wie "Schrödingers Katze".
Aber sobald man das Atom misst, hast du ja ein eindeutiges Ergebnis.
Solange du es nicht beobachtest befindet es sich in einer Art Superposition.
Diese Prinzip lässt sich z.B. auch auf Elektronen anwenden. Du hast ja bestimmt schonmal dieses Klassische "gemalte" Atom gesehen. Wo runde Bahnen um den Atomkern gezogen sind auf denen genaue Punkte eingezeichnet sind.
In echt befinden Sich die Elektronen aber überall Gleichzeitig. Erst bei beobachten können wir sehen wo genau es sich befindet.

Das ist lediglich eine Interpretation der Quantenphysik. Sie nennt sich Kopenhagen Interpretation. Laut jener entscheidet die Messung über den Zustand eines Teilchens. Solange man nicht misst nimmt es alle möglichen Zustände gleichzeitig ein. Dies nennt sich dann Superposition. Wie das funktioniert weiß keiner wir können es nur mathematisch beschreiben. Aber nach dem "Warum" zu fragen hat in der Quantenphysik nur seltenst einen Sinn...man muss es aktzeptieren:)

V. Lersaque sagt Vor dem Warum kommt das Ob.

Konfusius sagt Vor dem Wie kommt das Ob.

Der Marquis du Mersaque fragt Hat Ralph das nicht schon erklärt?