Einheit Elektron Katze Schrödingers Katze Schrödingers Katze tot Quant

Schrödingers Katze für Doofe!

Von: , Frage gestellt am Mi, 12. Jul 2000

Hallo zusammen,

bin des öfteren schon über dieses Experiment gestolpert.
100%ig begriffen hab ichs nie.
Wäre sehr dankbar für eine anschauliche Erklärung.

Gruss Stefan

23 Antworten zu dieser Frage

1. Antwort von nach 7 Stunden hilfreich

   Re: Schrödingers Katze für Doofe!

   bin des öfteren schon über dieses Experiment gestolpert.
   100%ig begriffen hab ichs nie.
   
   Ein Kasten mit schliessbarem Deckel.
   Darin eine Katze mit ausreichend Futter, um lange
   im Kasten zu ueberleben. Weiterhin ein Atom eines
   radioaktiven Isotopes. Wenn es zerfaellt, ist die
   Katze tot (alles nur ein Gedankenexperiment).
   Ob die Katze tot ist (=Atom zerfallen), kann nur
   dadurch festgestellt werden, indem man den Deckel
   oeffnet und nachsieht.
   
   Starten wir das Experiment, die Katze kommt in die
   Kiste, der Deckel wird zugemacht. Das radioaktive
   Atom zerfaellt irgendwann, doch der Zeitpunkt ist
   absolut dem Zufall ueberlassen. Mit anderen Worten,
   der Tod der Katze ist ein nicht vorhersehbares
   Ereignis.
   Wir warten Stunden oder Tage und nun stellt sich die
   Frage, was in der Kiste ist. Jeder wuerde sicher ant-
   worten, entweder eine tote oder eine lebendige Katze.
   Da man nicht sagen kann, ob das Ereignis (Tod)
   schon eingetreten ist, ist eine Entscheidung
   unmoeglich. Nur Nachsehen hilft. Aber, woher, zum
   Henker, will man so genau wissen, ob da wirklich eine
   tote oder eine lebendige Katze drin ist? Schliesslich
   kann man es nicht beweisen, ohne nachzusehen. Sagt
   das der "gesunde Menschenverstand"? Mag sein, aber auch
   der bedarf eines wiss. Beweises, den man ohne Nachsehen
   nicht liefern kann.
   
   Die Quantenphysik geht einen anderen Weg, die Natur zu
   beschreiben. Sie geht nicht von Objekten, die (vermeintlich)
   da sind (wie z.B. die Katze, ob tot oder lebendig) aus,
   sie beschraenkt sich allein auf das Erklaeren von
   Beobachtungen/Messungen. Sie macht in unserem Beispiel
   nur eine Aussage ueber die Wahrscheinlichkeiten des
   Eintretens moeglicher Ereignisse "die Katze ist tot" oder
   "die Katze ist am Leben". Also, bevor ich den Deckel oeffne,
   um festzustellen, was sich in der Kiste befindet, liefert
   die Quantenphysik fuer "Katze" eine Zustandsfunktion, die
   beiden moeglichen Zustaenden eine gewisse Wahrscheinlichkeit
   zuweist. Wenn man so will, ist in der Kiste eine Mischung
   aus toter und lebendiger Katze. Aber wie ich vorher schon
   erklaert habe, beschaeftigt sich die Quantenphysik nur mit den
   Ergebnissen von Messungen (Feststellung beim Oeffnen des Deckels)
   und nicht mit der philosophischen Frage, wie man sich eine
   Mischung aus tot und lebendig vorstellen kann.
   
   Miau!
   MEB
   

   • Antwort von nach 7 Stunden hilfreich

     Re^2: Schrödingers Katze für Doofe!

     Hi, Starten wir das Experiment, die Katze kommt in die
     Kiste, der Deckel wird zugemacht. Das radioaktive
     Atom zerfaellt irgendwann, doch der Zeitpunkt ist
     absolut dem Zufall ueberlassen. Mit anderen Worten,
     der Tod der Katze ist ein nicht vorhersehbares
     Ereignis.
     Wir warten
     ...solange, bis das radioaktive Isotop (dessen Zerfall übrigens von einem Sensor registriert wird, der dann ein Gift freisetzt - deswegen kann die Katze sterben) mit 50% Wahrscheinlichkeit zerfallen ist. So ist zumindest (meine ich) das Experiment ursprünglich erdacht worden. Natürlich geht es auch mit beliebigen anderen Wahrscheinlichkeiten, aber "sowohl als auch" läßt sich bei Gleichverteilung einfach ein wenig besser vorstellen. Die Quantenphysik geht einen anderen Weg, die Natur zu
     beschreiben.
     Natürlich bezieht sich die Quantenphysik nur auf mikroskopische Gebilde; bei makroskopischen Dingen wie einer Katze versagt sie. Da aber unser Vorstellungsvermögen nicht bis zur Atomebene (und darunter!) vordringen kann, hat Schrödinger kurzerhand eine Katze so behandelt, als wäre sie mikroskopisch. und nicht mit der philosophischen Frage, wie man sich eine
     Mischung aus tot und lebendig vorstellen kann.
     Am bekanntesten ist als "reelles Problem" wohl der Welle-Teilchen-Dualismus des Lichts: Mal verhält sich Licht wie eine Welle (Interferenz), mal wie ein Teilchen (z.B. Erwärmung). Beide Zustände schließen sich im Grunde gegenseitig aus. Wie es sich in einem bestimmten Fall verhalten wird, weiß man erst, wenn es sich verhält. Der gesunde Menschenverstand würde jetzt sagen, schon vorher hat sich das Licht "entschieden", bzw. es gibt "zwei Sorten Licht". Die Quantenphysik aber sagt, daß das Licht bis zum Moment der Entscheidung sowohl Welle als auch Teilchen ist - und kann damit einige Effekte erklären, bei der jede klassische Physik (inklusive dem Menschenverstand) versagt.
     
     Cheatah
     

     • Antwort von nach 8 Stunden hilfreich

       Re^3: Schrödingers Katze für Doofe!

       Natürlich bezieht sich die Quantenphysik nur auf
       mikroskopische Gebilde; bei makroskopischen Dingen wie einer
       Katze versagt sie.
       
       Das wuerde ich nicht generell verallgemeinern.
       Ideen der Quantenphysik lassen sich auch "im
       Alltag" einfach nachvollziehen. Natuerlich ist der Mikro-
       kosmos das Anwendungsgebiet der Quantenphysik. Im Makrokosmos
       macht es einfach nur keinen Sinn, eine aufgeblasene Mathematik
       in Hilbertraeumen zu verwenden, um ein Pendel zu beschreiben,
       wenn es doch mit Newtonschen Gleichungen genau genug geht.
       
       MEB
       

       • Antwort von nach 12 Stunden hilfreich

         Re^4: Schrödingers Katze für Doofe!

         Hi, Natuerlich ist der Mikro-
         kosmos das Anwendungsgebiet der Quantenphysik. Im Makrokosmos
         macht es einfach nur keinen Sinn, eine aufgeblasene Mathematik
         in Hilbertraeumen zu verwenden, um ein Pendel zu beschreiben,
         wenn es doch mit Newtonschen Gleichungen genau genug geht.
         Ich meine mich zu entsinnen, mal gehoert zu haben, dass man fuer die Beschreibung mancher makroskopischer Phaenomene duerchaus Quantenphysik braucht. Ich glaube, es ging um Supraleitung oder Suprafluiditaet. Weiss da jemand was zu?
         
         Gruss
         
         Thorsten
         
         P.S.:
         Ich habe auch mal eine nette Theorie gehoert, nach der Leben als ein System gekennzeichnet ist, in dem sehr viele Prozesse Quantenphysikalisch "gekoppelt" sind. Der Zusammenbruch der Kopplung bedeutet den Eintritt des Todes. Ist zwar eindeutig der Esotherik zuzuordnen, fand ich aber ganz witzig.
         

         • Antwort von nach 13 Stunden hilfreich

           Re^5: Schrödingers Katze für Doofe!

           Ich meine mich zu entsinnen, mal gehoert zu haben, dass man
           fuer die Beschreibung mancher makroskopischer Phaenomene
           duerchaus Quantenphysik braucht. Ich glaube, es ging um
           Supraleitung oder Suprafluiditaet. Weiss da jemand was zu?
           
           Solch seltsame Eigenschaften sind in der Tat makroskopischer
           Natur, die aus dem Verhalten vieler kleiner Teilchen resultieren.
           Ursache liegt also durchaus im Kleinen. Die Eigenschaften sind
           aber nur present, wenn man die Menge betrachtet und nicht das
           Einzelne. Schoenes Beispiel ist auch der Laser (alle Photonen
           singen: "let's dance in coherence" ;-)
           Zur Beschreibung verwendet man die Quantenstatistik (nutzt
           nicht nur die Wahrscheinlichkeitsinterpretation, die der Quanten-
           theorie inbegriffen ist, sondern auch Wahrscheinlichkeiten, weil
           viele Objekte betrachtet werden).
           
           MEB
           

     • Antwort von nach 11 Stunden hilfreich

       Re^3: Schrödingers Katze für Doofe!

       Hi Cheatah, Natürlich bezieht sich die Quantenphysik nur auf
       mikroskopische Gebilde; bei makroskopischen Dingen wie einer
       Katze versagt sie.
       Ich weiß nicht, wie ich das verstehen soll. Die Quantenmechanik kann - sehr erfolgreich - auf Vielteilchensysteme wie zum Beispiel einen makroskopischen Kristall angewandt werden. Zwar müssen oft für praktische Rechnungen Näherungen gemacht werden, aber das ist ja so üblich (wie bei Navier Stokes).
       Gell-Mann zum Beispiel beschreibt in einem seiner Bücher/Paper, daß sich bei makroskopschen Objekten die 'Quanteneigenschaften'
       sozusagen weginterferieren. Die Wahrscheinlichkeiten für makroskopische Objekte sind etwas anders (siehe Kolmogorow o.ä), als die Quantenstatistik. Das liegt u.a. an den Interferenztermen.
       Der Zustand
       |p> + |q>
       ergibt
       {<p| + <q|}{|p> + |q>}= <p|p> + <q|q> + <p|q> + <q|p>
       
       Die letzten beiden Terme sind Interferenzterme und unterscheiden sich von einer klassischen Wahrscheinlichkeitstheorie, der die ersten beiden entsprechen- P(a+b) = P(a) + P(b).
       Bei vielen Teilchen, also in einem makroskopischen System, mitteln die Interferenzterme (, die im übrigen auch negatives Vorzeichen haben können, da die Wellenfunktionen i.A. komplex sind.) sich gegenseitig weg. Da aber unser Vorstellungsvermögen nicht
       bis zur Atomebene (und darunter!) vordringen kann, hat
       Schrödinger kurzerhand eine Katze so behandelt, als wäre sie
       mikroskopisch.
       Nun, ihr Überleben ist durch das 'trickreiche' Experiment direkt an ein Quantenobjekt gekoppelt. Beschreibe ich hier den Zustand des Quantenobjekts, beschreibe ich auch den Zustand der Katze.
       Ich glaube, daß das der Witz bei dem Experiment ist. und nicht mit der philosophischen Frage, wie man sich eine
       Mischung aus tot und lebendig vorstellen kann.
       Am bekanntesten ist als "reelles Problem" wohl der
       Welle-Teilchen-Dualismus des Lichts: Mal verhält sich Licht
       wie eine Welle (Interferenz), mal wie ein Teilchen (z.B.
       Erwärmung). Beide Zustände schließen sich im Grunde
       gegenseitig aus.
       Wie es sich in einem bestimmten Fall
       verhalten wird, weiß man erst, wenn es sich verhält. Der
       gesunde Menschenverstand würde jetzt sagen, schon vorher hat
       sich das Licht "entschieden", bzw. es gibt "zwei Sorten
       Licht". Die Quantenphysik aber sagt, daß das Licht bis zum
       Moment der Entscheidung sowohl Welle als auch Teilchen ist -
       und kann damit einige Effekte erklären, bei der jede
       klassische Physik (inklusive dem Menschenverstand) versagt.
       So wie ich das sehe, sagt die Quantenmechanik nichts davon, dass das Licht sowohl Welle, als auch Teilchen ist. Es ist eher weder Welle noch Teilchen. Damit hat es gar nicht nötig sich zu 'entscheiden' wie es sich verhalten soll. Das Problem liegt darin, dass wir uns - aufgrund unserer Erfahrung ausschliesslich mit klassischen Objekten - keine Vorstellung von einem solchen Quant machen können. Leider benötigen wir aber oft Vorstellung. Daher denken wir uns klassische Objekte aus (Welle, Teilchen oder Bälle), um das Verhalten des Lichts in einer gegebenen Situation erklären zu können. Ob Welle oder Teilchen entscheidet nur welche unserer falschen klassischen Vorstellungen näher am Quantenobjekt dran ist.
       
       Gruß
       Marco
       

       • Antwort von nach 19 Stunden hilfreich

         Re^4: Schrödingers Katze für Doofe!

         Hi, Natürlich bezieht sich die Quantenphysik nur auf
         mikroskopische Gebilde; bei makroskopischen Dingen wie einer
         Katze versagt sie.
         Ich weiß nicht, wie ich das verstehen soll. Die
         Quantenmechanik kann - sehr erfolgreich - auf
         Vielteilchensysteme wie zum Beispiel einen makroskopischen
         Kristall angewandt werden. Zwar müssen oft für praktische
         Rechnungen Näherungen gemacht werden, aber das ist ja so
         üblich (wie bei Navier Stokes).
         stimmt. Ich meinte das insbesondere in Bezug darauf, daß die Vereinheitlichung von Quanten- und Relativitätstheorie noch immer auf sich warten läßt; wobei man sich diese beiden recht gut als "mikroskopische und makroskopische Welt" vorstellen kann. Nun, ihr Überleben ist durch das 'trickreiche' Experiment
         direkt an ein Quantenobjekt gekoppelt. Beschreibe ich hier den
         Zustand des Quantenobjekts, beschreibe ich auch den Zustand
         der Katze.
         Ich glaube, daß das der Witz bei dem Experiment ist.
         Das ist aber eben auch das Problem, daß diese Übertragung so nicht ohne weiteres möglich ist. Es gibt mehr Kombinationen, als nur "zerfallen=>tot" und "nicht zerfallen=>lebendig", von "im Siechtum" bis zu "an Altersschwäche gestorben". Das makroskopische Gebilde "Katze" ist eben deutlich komplexer, als Quanten oder Kristalle. So wie ich das sehe, sagt die Quantenmechanik nichts davon,
         dass das Licht sowohl Welle, als auch Teilchen ist.
         Sie kann den Dualismus bzw. seine Effekte aber sehr gut beschreiben :-)
         
         Cheatah
         

         • Antwort von nach einem Tag hilfreich

           Re^5: Schrödingers Katze für Doofe!

           Hi, Natürlich bezieht sich die Quantenphysik nur auf
           mikroskopische Gebilde; bei makroskopischen Dingen wie einer
           Katze versagt sie.
           Ich weiß nicht, wie ich das verstehen soll. Die
           Quantenmechanik kann - sehr erfolgreich - auf
           Vielteilchensysteme wie zum Beispiel einen makroskopischen
           Kristall angewandt werden.
           stimmt. Ich meinte das insbesondere in Bezug darauf, daß die
           Vereinheitlichung von Quanten- und Relativitätstheorie noch
           immer auf sich warten läßt; wobei man sich diese beiden recht
           gut als "mikroskopische und makroskopische Welt" vorstellen
           kann.
           Hoffentlich klappt das in absehbarer Zukunft überhaupt, die beiden Theorien zu vereinigen. :-)
           Ich wollte nur darauf hinweisen, daß es auch makroskopische Objekte gibt, bei denen z.T. die Quantenmechanik herangezogen werden muß (Kristalle, Superfluidität, Schwarze Löcher). Damit bezieht sich die Quantenmechanik nicht nur auf mikroskopische Objekte, was in dem Artikel auf den ich geantwortet habe, behauptet wurde. Nun, ihr Überleben ist durch das 'trickreiche' Experiment
           direkt an ein Quantenobjekt gekoppelt. Beschreibe ich hier den
           Zustand des Quantenobjekts, beschreibe ich auch den Zustand
           der Katze.
           
           Das ist aber eben auch das Problem, daß diese Übertragung so
           nicht ohne weiteres möglich ist. Es gibt mehr Kombinationen,
           als nur "zerfallen=>tot" und "nicht
           zerfallen=>lebendig", von "im Siechtum" bis zu "an
           Altersschwäche gestorben". Das makroskopische Gebilde "Katze"
           ist eben deutlich komplexer, als Quanten oder Kristalle.
           In der Tat ist die Katze viel komplizierter als nur lebendig/tot. Allerdings interessiert mich bei diesem Gedankenexperiment nur eine Entscheidung zwischen "Tod wegen Zerfalls des Atoms" und "lebendig weil das Atom noch nicht zerfallen ist". Dinge wie "im Siechtum" (interessantes Wort!) und "An Altersschwäche gestorben" werden in diesem Experiment nicht betrachtet. Ist das legal? Nun, es ist ein Gedankenexperiment, bei dem also für das Experiment unwesentliche Details ausgeblendet werden. Man nehme also zum Beispiel eine Katze in den besten Jahren, die im Verlaufe des Experiments nicht an Altersschwäche sterben kann. Man nehme ferner ein Gift, das 'sofort' tödlich ist --> kein Siechtum. Auch möge die Katze nicht das Fläschchen mit dem Gift beschädigen können usw. usw.. Man konstruiert sich das Gedankenexperiment so, daß während des Experiments einzig und allein der Zerfall des Atoms über Leben und Tod der Katze entscheidet. Alles andere, was die Katze betrifft, will ich sowieso nicht beschreiben. Unter den gemachten Annahmen, kann man aber den Zustand 'tot' oder 'lebendig' eineindeutig mit dem Zustand des Atoms in Verbindung bringen. So wie ich das sehe, sagt die Quantenmechanik nichts davon,
           dass das Licht sowohl Welle, als auch Teilchen ist.
           Sie kann den Dualismus bzw. seine Effekte aber sehr gut
           beschreiben :-)
           Genau das wollte ich damit sagen. Sie kann die Eigenschaften eines solchen Teilchens gut beschreiben. Diese Eigenschaften stimmen aber weder mit denen eines Teilchens noch mit denen einer Welle überein. Das Quant ist nicht "sowohl Welle als auch Teilchen" sondern "weder Welle noch Teilchen". Sie ist ein Objekt, das wir uns einfach nicht mit unseren begrenzten Fähigkeiten vorstellen können. Wohl aber kann die Mathematik eine Struktur vorgeben (Hilbertraum , ...), die uns statistische Vorhersagen über den Ausgang eines quantenmechanischen Experiments machen läßt. Die QM beschreibt die Effekte gut. Aber sie sagt nicht "sowohl Welle als auch Teilchen" sondern "weder Welle noch Teilchen". Es kommt mir ausschließlich auf das "weder noch" an. Die QM beschreibt - ausgesprochen erfolgreich - eine andere Objektklasse, die eben nicht klassisch ist.
           
           Gruß
           Marco
           

           • Antwort von nach einem Tag hilfreich

             Re^6: Schrödingers Katze für Doofe!

             Hi, stimmt. Ich meinte das insbesondere in Bezug darauf, daß die
             Vereinheitlichung von Quanten- und Relativitätstheorie noch
             immer auf sich warten läßt; wobei man sich diese beiden recht
             gut als "mikroskopische und makroskopische Welt" vorstellen
             kann.
             Hoffentlich klappt das in absehbarer Zukunft überhaupt, die
             beiden Theorien zu vereinigen. :-)
             es gibt eine Theorie, nach der, wenn es jemals gelingen würde, Quantentheorie und Relativitätstheorie zu vereinen, das Universum spontan verschwinden und durch etwas noch viel komplexeres und unverständlicheres ersetzt werden würde.
             
             Es gibt eine andere Theorie... ;-) Ich wollte nur darauf hinweisen, daß es auch makroskopische
             Objekte gibt, bei denen z.T. die Quantenmechanik herangezogen
             werden muß (Kristalle, Superfluidität, Schwarze Löcher). Damit
             bezieht sich die Quantenmechanik nicht nur auf mikroskopische
             Objekte, was in dem Artikel auf den ich geantwortet habe,
             behauptet wurde.
             Stimmt, das habe ich verdammt schlecht ausgedrückt. Sorry dafür.
             
             Cheatah
             

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