Schrödingers Katze ist ein berühmtes Gedankenexperiment. Es wurde von dem berühmten Nobelpreisträger für Physik - dem österreichischen Wissenschaftler Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger - aufgestellt.

Die Essenz des Experiments war wie folgt. Eine Katze wurde in eine geschlossene Kammer (Box) gesetzt. Die Box ist mit einem Mechanismus ausgestattet, der einen radioaktiven Kern und giftiges Gas enthält. Die Parameter sind so gewählt, dass die Wahrscheinlichkeit eines nuklearen Zerfalls in einer Stunde genau fünfzig Prozent beträgt. Wenn der Kern zerfällt, tritt der Mechanismus in Aktion und ein Behälter mit giftigem Gas öffnet sich. Deshalb wird Schrödingers Katze sterben.

Wenn Sie den Kern nicht beachten, werden seine Zustände gemäß den Gesetzen nach zwei Hauptzuständen beschrieben - dem Kern des Zerfalls und des Nicht-Zerfalls. Und hier ergibt sich ein Paradoxon: Schrödingers Katze, die in einer Kiste sitzt, kann gleichzeitig tot und lebendig sein. Aber wenn die Box geöffnet wird, sieht der Experimentator nur einen bestimmten Zustand. Entweder "der Kern ist zerfallen und die Katze ist tot" oder "der Kern ist nicht zerfallen und Schrödingers Katze lebt".

Logischerweise haben wir einen von zwei Ausgängen: entweder eine lebende Katze oder eine tote. Aber im Potential befindet sich das Tier in beiden Zuständen gleichzeitig. Schrödinger versuchte damit, seine Meinung über die Grenzen der Quantenmechanik zu beweisen.

Gemäß der Kopenhagener Deutung und insbesondere diesem Experiment erwirbt eine Katze in einer ihrer potentiellen Phasen (dead-alive) diese Eigenschaften erst, nachdem ein außenstehender Beobachter in den Prozess eingegriffen hat. Aber solange dieser Beobachter nicht anwesend ist (dies impliziert die Anwesenheit einer bestimmten Person, die die Tugenden der klaren Vision und des Bewusstseins besitzt), wird die Katze in der Schwebe "zwischen Leben und Tod" sein.

Das berühmte antike Gleichnis von einer allein laufenden Katze erhält im Kontext dieses Experiments neue, interessante Nuancen.

Laut Everett, der sich deutlich vom klassischen Kopenhagener unterscheidet, wird der Beobachtungsprozess nicht als etwas Besonderes angesehen. Beide Aussagen, dass Schrödingers Katze in dieser Deutung sein kann, existieren. Aber sie entkoppeln sich. Das bedeutet, dass die Einheit dieser Staaten gerade durch die Interaktion mit der Außenwelt verletzt wird. Es ist der Beobachter, der die Kiste öffnet und Zwietracht in den Zustand der Katze bringt.

Es gibt die Meinung, dass das entscheidende Wort in dieser Angelegenheit einem Wesen wie Schrödingers Katze überlassen werden sollte. Der Sinn dieser Meinung ist die Akzeptanz der Tatsache, dass in dem gesamten gegebenen Experiment das Tier der einzige absolut kompetente Beobachter ist. Beispielsweise stellten die Wissenschaftler Max Tegmark, Bruno Marshal und Hans Moraven eine Modifikation des obigen Experiments vor, bei der der Hauptgesichtspunkt die Meinung der Katze ist. In diesem Fall überlebt Schrödingers Katze zweifellos, denn nur die überlebende Katze kann die Ergebnisse beobachten. Aber der Wissenschaftler Nadav Katz veröffentlichte seine Ergebnisse, in denen er in der Lage war, den Zustand des Teilchens zurückzugeben, nachdem er seinen Zustand geändert hatte. Somit steigen die Überlebenschancen der Katze deutlich.

Juri Gordejew
Programmierer, Spieleentwickler, Designer, Künstler

„Schrödingers Katze“ ist ein Gedankenexperiment, das von einem der Pioniere der Quantenphysik vorgeschlagen wurde, um zu zeigen, wie seltsam Quanteneffekte aussehen, wenn man sie auf makroskopische Systeme anwendet.

Ich werde versuchen, es in wirklich einfachen Worten zu erklären: Meine Herren Physiker, nicht genau. Der Ausdruck "grob gesagt" wird weiter vor jedem Satz impliziert.

In sehr, sehr kleinem Maßstab besteht die Welt aus Dingen, die sich auf sehr ungewöhnliche Weise verhalten. Eine der seltsamsten Eigenschaften solcher Objekte ist die Fähigkeit, sich gleichzeitig in zwei sich gegenseitig ausschließenden Zuständen zu befinden.

Was aus intuitiver Sicht noch ungewöhnlicher ist (manche werden sogar sagen, gruselig), ist, dass der Akt der zielgerichteten Beobachtung diese Unsicherheit beseitigt und ein Objekt, das sich gerade in zwei widersprüchlichen Zuständen gleichzeitig befand, vor dem Beobachter erscheint nur einer schaut, als wäre nie etwas gewesen, zur Seite und pfeift unschuldig.

Auf subatomarer Ebene hat sich jeder längst an diese Mätzchen gewöhnt. Es gibt einen mathematischen Apparat, der diese Prozesse beschreibt, und das Wissen darüber hat vielfältige Anwendungen gefunden: zum Beispiel in Computern und in der Kryptografie.

Auf makroskopischer Ebene werden diese Effekte nicht beobachtet: Die uns vertrauten Objekte befinden sich immer in einem einzigen spezifischen Zustand.

Und jetzt ein Gedankenexperiment. Wir nehmen eine Katze und legen sie in eine Kiste. Wir stellen dort auch eine Flasche mit Giftgas, ein radioaktives Atom und einen Geigerzähler auf. Ein radioaktives Atom kann jederzeit zerfallen oder auch nicht. Wenn es zerfällt, erkennt der Zähler Strahlung, ein einfacher Mechanismus zerbricht den Kolben mit Gas und unsere Katze stirbt. Wenn nicht, wird die Katze leben.

Wir schließen die Kiste. Ab diesem Zeitpunkt befindet sich unser Atom aus Sicht der Quantenmechanik in einem Zustand der Unsicherheit – es ist mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 % zerfallen und mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 % nicht zerfallen. Bevor wir die Schachtel öffnen und hineinsehen (eine Beobachtung machen), wird sie sich in beiden Zuständen gleichzeitig befinden. Und da das Schicksal einer Katze direkt vom Zustand dieses Atoms abhängt, stellt sich heraus, dass die Katze auch buchstäblich gleichzeitig lebt und tot ist („... smearing a living and dead cat (sorry for the expression) in gleiche Anteile ...“ - schreibt der Autor des Experiments). So würde die Quantentheorie diese Situation beschreiben.

Schrödinger ahnte kaum, welches Aufsehen seine Idee erregen würde. Natürlich wird das Experiment selbst, auch im Original, äußerst grob und ohne Anspruch auf wissenschaftliche Genauigkeit beschrieben: Der Autor wollte seinen Kollegen die Idee vermitteln, dass die Theorie durch klarere Definitionen solcher Prozesse wie „Beobachtung“ ergänzt werden muss. um Szenarien mit Katzen in Kisten von seiner Zuständigkeit auszuschließen.

Die Idee einer Katze wurde sogar verwendet, um die Existenz Gottes als Supermind zu „beweisen“, der durch seine kontinuierliche Beobachtung unsere Existenz erst möglich macht. In Wirklichkeit erfordert "Beobachtung" keinen bewussten Beobachter, was den Quanteneffekten etwas Mystik nimmt. Trotzdem bleibt die Quantenphysik heute mit vielen unerklärten Phänomenen und ihren Interpretationen die Front der Wissenschaft.

Iwan Boldin
Kandidat der physikalischen und mathematischen Wissenschaften, Forscher, MIPT-Absolvent

Das Verhalten von Objekten in der Mikrowelt (Elementarteilchen, Atome, Moleküle) unterscheidet sich deutlich von dem Verhalten von Objekten, mit denen wir uns normalerweise auseinandersetzen müssen. Beispielsweise kann ein Elektron gleichzeitig zwei räumlich entfernte Orte durchfliegen oder befindet sich gleichzeitig auf mehreren Bahnen in einem Atom. Um diese Phänomene zu beschreiben, wurde eine Theorie geschaffen - die Quantenphysik. Nach dieser Theorie können zum Beispiel Teilchen im Raum verschmiert werden, aber wenn man doch feststellen will, wo sich das Teilchen befindet, dann findet man immer das ganze Teilchen an einer Stelle, d.h. es kollabiert gewissermaßen von seinem verschmierter Zustand an einem bestimmten Ort. Das heißt, es wird angenommen, dass, bis Sie die Position eines Teilchens messen, es überhaupt keine Position hat, und die Physik nur vorhersagen kann, mit welcher Wahrscheinlichkeit Sie an welcher Stelle ein Teilchen finden können.

Erwin Schrödinger, einer der Begründer der Quantenphysik, stellte sich die Frage: Was ist, wenn abhängig vom Ergebnis der Zustandsmessung eines Mikroteilchens ein Ereignis eintritt oder nicht eintritt. Dies könnte beispielsweise folgendermaßen umgesetzt werden: Ein radioaktives Atom wird mit einer Halbwertszeit von beispielsweise einer Stunde aufgenommen. Man kann ein Atom in eine undurchsichtige Kiste legen, dort ein Gerät hinstellen, das, wenn die Produkte des radioaktiven Zerfalls des Atoms darauf treffen, eine Ampulle mit giftigem Gas zerbricht, und eine Katze in diese Kiste stecken. Dann sieht man von außen nicht, ob das Atom zerfallen ist oder nicht, das heißt, es ist nach der Quantentheorie gleichzeitig zerfallen und nicht zerfallen, und die Katze ist also sowohl lebendig als auch tot. Eine solche Katze wurde als Schrödingers Katze bekannt.

Es mag überraschen, dass eine Katze gleichzeitig lebendig und tot sein kann, obwohl hier formal kein Widerspruch besteht und dies keine Widerlegung der Quantentheorie ist. Es können jedoch Fragen auftauchen, zum Beispiel: Wer kann den Kollaps eines Atoms von einem verschmierten Zustand in einen bestimmten Zustand durchführen, und wer geht bei einem solchen Versuch selbst in einen verschmierten Zustand über? Wie läuft dieser Kollaps-Prozess ab? Oder wie kommt es, dass derjenige, der den Kollaps durchführt, selbst nicht den Gesetzen der Quantenphysik gehorcht? Ob diese Fragen sinnvoll sind und wenn ja, was sind die Antworten darauf, ist noch unklar.

Georg Panin
absolvierte RKhTU sie. DI. Mendelejew, Chefspezialist der Forschungsabteilung (Marktforschung)

Wie uns Heisenberg erklärt hat, ist die Beschreibung von Objekten in der Quanten-Mikrowelt aufgrund der Unschärferelation von anderer Natur als die übliche Beschreibung von Objekten im Newtonschen Makrokosmos. Anstelle von Raumkoordinaten und Geschwindigkeit, mit denen wir die mechanische Bewegung beispielsweise einer Kugel auf einem Billardtisch beschrieben haben, werden Objekte in der Quantenmechanik durch die sogenannte Wellenfunktion beschrieben. Der Kamm der "Welle" entspricht der maximalen Wahrscheinlichkeit, im Moment der Messung ein Teilchen im Weltraum zu finden. Die Bewegung einer solchen Welle wird durch die Schrödinger-Gleichung beschrieben, die uns sagt, wie sich der Zustand eines Quantensystems mit der Zeit ändert.

Nun zu der Katze. Jeder weiß, dass sich Katzen gerne in Kisten verstecken (thequestion.ru). Das wusste auch Erwin Schrödinger. Darüber hinaus nutzte er diese Eigenschaft mit rein nordischer Wildheit in einem berühmten Gedankenexperiment. Seine Essenz war, dass eine Katze mit einer Höllenmaschine in einer Kiste eingeschlossen war. Die Maschine ist über ein Relais mit einem Quantensystem verbunden, beispielsweise einer radioaktiv zerfallenden Substanz. Die Zerfallswahrscheinlichkeit ist bekannt und beträgt 50 %. Die Höllenmaschine arbeitet, wenn sich der Quantenzustand des Systems ändert (Zerfall eintritt) und die Katze vollständig stirbt. Wenn wir das System „Katze-Kiste-Höllenmaschine-Quanten“ für eine Stunde sich selbst überlassen und uns daran erinnern, dass der Zustand des Quantensystems durch Wahrscheinlichkeiten beschrieben wird, dann wird klar, dass es unmöglich ist herauszufinden, ob die Katze es ist lebendig oder nicht, zu einem bestimmten Zeitpunkt, so wie es nicht funktionieren wird, den Fall einer Münze auf Kopf oder Zahl im Voraus genau vorherzusagen. Das Paradoxon ist ganz einfach: Die Wellenfunktion, die ein Quantensystem beschreibt, vermischt zwei Zustände einer Katze – sie ist gleichzeitig lebendig und tot, so wie sich ein gebundenes Elektron mit gleicher Wahrscheinlichkeit überall im Raum in gleichem Abstand zum Atomkern befinden kann. Wenn wir die Kiste nicht öffnen, wissen wir nicht genau, wie es der Katze geht. Ohne Beobachtungen (Lesemessungen) am Atomkern zu machen, können wir seinen Zustand nur durch eine Überlagerung (Mischung) zweier Zustände beschreiben: einen zerfallenen und einen nicht zerfallenen Kern. Eine atomsüchtige Katze ist gleichzeitig lebendig und tot. Die Frage ist: Wann hört ein System auf, als Mischung zweier Zustände zu existieren und wählt einen konkreten?

Die Kopenhagener Interpretation des Experiments sagt uns, dass das System aufhört, eine Mischung von Zuständen zu sein, und in dem Moment, in dem eine Beobachtung stattfindet, einen von ihnen auswählt, der auch eine Messung ist (das Kästchen öffnet sich). Das heißt, die bloße Tatsache der Messung verändert die physikalische Realität, was zum Zusammenbruch der Wellenfunktion führt (die Katze wird entweder tot oder bleibt am Leben, aber hört auf, eine Mischung aus beidem zu sein)! Denken Sie darüber nach, das Experiment und die damit verbundenen Messungen verändern die Realität um uns herum. Persönlich macht diese Tatsache mein Gehirn viel stärker als Alkohol. Auch der berüchtigte Steve Hawking nimmt dieses Paradox schwer und wiederholt, dass seine Hand nach der Browning greift, wenn er von Schrödingers Katze hört. Die Schärfe der Reaktion des herausragenden theoretischen Physikers ist darauf zurückzuführen, dass seiner Meinung nach die Rolle des Beobachters beim Zusammenbruch der Wellenfunktion (in einen von zwei Zuständen) stark übertrieben wird.

Als Professor Erwin 1935 seinen Katzenbetrug erfand, war dies natürlich eine clevere Art, die Unvollkommenheit der Quantenmechanik aufzuzeigen. Tatsächlich kann eine Katze nicht gleichzeitig lebendig und tot sein. Als Ergebnis war eine der Interpretationen des Experiments der offensichtliche Widerspruch zwischen den Gesetzen der Makrowelt (zum Beispiel der zweite Hauptsatz der Thermodynamik – eine Katze ist entweder lebendig oder tot) und der Mikrowelt (eine Katze ist gleichzeitig lebendig und tot).

Das Obige wird in der Praxis angewendet: im Quantencomputing und in der Quantenkryptographie. Ein Glasfaserkabel sendet ein Lichtsignal, das sich in einer Überlagerung zweier Zustände befindet. Wenn Angreifer irgendwo in der Mitte an das Kabel anschließen und dort einen Signalabgriff machen, um die übertragenen Informationen zu belauschen, dann kollabiert dies die Wellenfunktion (aus Sicht der Kopenhagener Interpretation wird eine Beobachtung gemacht) und das Licht wird in einen der Zustände gehen. Durch statistische Tests des Lichts am Empfangsende des Kabels kann festgestellt werden, ob sich das Licht in einer Überlagerung von Zuständen befindet oder ob es bereits beobachtet und an einen anderen Punkt übertragen wurde. Dadurch ist es möglich, Kommunikationsmittel zu schaffen, die ein unmerkliches Abhören und Abhören von Signalen ausschließen.

Eine weitere jüngste Interpretation von Schrödingers Gedankenexperiment ist die Geschichte von Sheldon Cooper von Big Bang Theory, der mit Pennys weniger gebildetem Nachbarn sprach. Der Punkt von Sheldons Geschichte ist, dass das Konzept von Schrödingers Katze auf Beziehungen zwischen Menschen angewendet werden kann. Um zu verstehen, was zwischen einem Mann und einer Frau vor sich geht, welche Art von Beziehung zwischen ihnen besteht: gut oder schlecht, müssen Sie nur die Schachtel öffnen. Bis dahin sind Beziehungen sowohl gut als auch schlecht. youtube.com

Sicher haben Sie schon öfter gehört, dass es ein Phänomen wie „Schrödingers Katze“ gibt. Aber wenn Sie kein Physiker sind, stellen Sie sich höchstwahrscheinlich nur entfernt vor, um welche Art von Katze es sich handelt und warum sie benötigt wird.

« Shrödingers Katze“ – so heißt das berühmte Gedankenexperiment des berühmten österreichischen theoretischen Physikers Erwin Schrödinger, der auch Nobelpreisträger ist. Mit Hilfe dieses fiktiven Experiments wollte der Wissenschaftler die Unvollständigkeit der Quantenmechanik beim Übergang von subatomaren zu makroskopischen Systemen aufzeigen.

In diesem Artikel wird versucht, die Essenz von Schrödingers Theorie über die Katze und die Quantenmechanik in einfachen Worten zu erklären, so dass sie auch einem Menschen ohne höhere technische Bildung zugänglich ist. Der Artikel wird auch verschiedene Interpretationen des Experiments vorstellen, darunter solche aus der Big Bang Theory-Reihe.

Beschreibung des Versuchs

Der Originalartikel von Erwin Schrödinger wurde 1935 veröffentlicht. Darin wurde das Experiment beschrieben oder sogar personifiziert:

Sie können auch Fälle konstruieren, in denen Burlesque ausreicht. Lassen Sie eine Katze in eine Stahlkammer sperren, zusammen mit der folgenden teuflischen Maschine (die unabhängig vom Eingreifen der Katze sein sollte): Im Inneren des Geigerzählers befindet sich eine winzige Menge radioaktiven Materials, so klein, dass nur ein Atom zerfallen kann eine Stunde, aber bei derselben darf die Wahrscheinlichkeit nicht auseinanderfallen; In diesem Fall wird das Leserohr entladen und ein Relais aktiviert, wodurch der Hammer abgesenkt wird, wodurch der Blausäurekegel zerbrochen wird.

Wenn wir dieses ganze System eine Stunde lang sich selbst überlassen, dann können wir sagen, dass die Katze nach dieser Zeit noch lebt, solange das Atom nicht zerfällt. Der erste Zerfall eines Atoms hätte die Katze vergiftet. Die Psi-Funktion des Systems als Ganzes drückt dies aus, indem sie die lebende und die tote Katze (verzeihen Sie den Ausdruck) in gleichen Anteilen in sich mischt oder verschmiert. Typisch für solche Fälle ist, dass die ursprünglich auf die atomare Welt beschränkte Unsicherheit in eine makroskopische Unsicherheit umgewandelt wird, die durch direkte Beobachtung beseitigt werden kann. Dies hindert uns daran, das „Blur-Modell“ naiv als Realität zu akzeptieren. An sich bedeutet dies nichts Unklares oder Widersprüchliches. Es gibt einen Unterschied zwischen einem unscharfen oder unscharfen Foto und einer Wolken- oder Nebelaufnahme.

Mit anderen Worten:

1. Es gibt eine Kiste und eine Katze. Die Kiste enthält einen Mechanismus, der einen radioaktiven Atomkern und einen Behälter mit giftigem Gas enthält. Die experimentellen Parameter werden so gewählt, dass die Wahrscheinlichkeit des Kernzerfalls in 1 Stunde 50% beträgt. Wenn der Kern zerfällt, öffnet sich der Gasbehälter und die Katze stirbt. Wenn der Zerfall des Kerns nicht auftritt, bleibt die Katze am Leben und wohlauf.
2. Wir sperren die Katze in eine Kiste, warten eine Stunde und fragen uns: lebt die Katze oder ist sie tot?
3. Die Quantenmechanik sagt uns sozusagen, dass sich der Atomkern (und damit die Katze) gleichzeitig in allen möglichen Zuständen befindet (siehe Quantensuperposition). Bevor wir die Kiste geöffnet haben, befindet sich das System „Katze-Kern“ mit einer Wahrscheinlichkeit von 50% im Zustand „der Kern ist zerfallen, die Katze ist tot“ und im Zustand „der Kern ist nicht zerfallen, die Katze lebt“ mit einer Wahrscheinlichkeit von 50%. Es stellt sich heraus, dass die Katze, die in der Kiste sitzt, gleichzeitig lebt und tot ist.
4. Nach der modernen Kopenhagener Interpretation ist die Katze immer noch am Leben / tot, ohne Zwischenzustände. Und die Wahl des Zerfallszustands des Kerns erfolgt nicht im Moment des Öffnens der Box, sondern bereits beim Eintritt des Kerns in den Detektor. Denn die Reduktion der Wellenfunktion des „Katze-Detektor-Kern“-Systems hängt nicht mit dem menschlichen Beobachter der Kiste zusammen, sondern mit dem Detektor-Beobachter des Kerns.

Erklärung in einfachen Worten

Wenn der Kern eines Atoms nicht beobachtet wird, wird sein Zustand laut Quantenmechanik durch eine Mischung aus zwei Zuständen beschrieben - einem zerfallenen Kern und einem nicht zerfallenen Kern, also einer Katze, die in einer Kiste sitzt und den Kern eines Atoms verkörpert ist zugleich lebendig und tot. Wird die Kiste geöffnet, sieht der Experimentator nur einen bestimmten Zustand – „Der Kern ist zerfallen, die Katze ist tot“ oder „Der Kern ist nicht zerfallen, die Katze lebt“.

Essenz in der menschlichen Sprache: Schrödingers Experiment zeigte, dass eine Katze aus quantenmechanischer Sicht gleichzeitig lebendig und tot ist, was nicht sein kann. Folglich hat die Quantenmechanik erhebliche Mängel.

Die Frage ist: Wann hört ein System auf, als Mischung zweier Zustände zu existieren und wählt einen konkreten? Der Zweck des Experiments ist es zu zeigen, dass die Quantenmechanik ohne einige Regeln unvollständig ist, die angeben, unter welchen Bedingungen die Wellenfunktion zusammenbricht und die Katze entweder tot wird oder am Leben bleibt, aber aufhört, eine Mischung aus beidem zu sein. Da klar ist, dass die Katze notwendigerweise entweder lebendig oder tot sein muss (es gibt keinen Zwischenzustand zwischen Leben und Tod), wird dies auch für den Atomkern gelten. Es muss unbedingt entweder aufgebrochen oder nicht aufgebrochen werden (Wikipedia).

Video aus The Big Bang Theory

Eine weitere jüngste Interpretation von Schrödingers Gedankenexperiment ist die Geschichte von Sheldon Cooper von Big Bang Theory, der mit Pennys weniger gebildetem Nachbarn sprach. Der Punkt von Sheldons Geschichte ist, dass das Konzept von Schrödingers Katze auf Beziehungen zwischen Menschen angewendet werden kann. Um zu verstehen, was zwischen einem Mann und einer Frau vor sich geht, welche Art von Beziehung zwischen ihnen besteht: gut oder schlecht, müssen Sie nur die Schachtel öffnen. Bis dahin sind Beziehungen sowohl gut als auch schlecht.

Unten ist ein Videoclip dieses Big Bang Theory-Dialogs zwischen Sheldon und Peny.

War die Katze nach dem Experiment noch am Leben?

Für diejenigen, die den Artikel nicht aufmerksam gelesen haben, sich aber dennoch Sorgen um die Katze machen - gute Nachrichten: Keine Sorge, nach unseren Daten, als Ergebnis eines Gedankenexperiments eines verrückten österreichischen Physikers

KEINE EINZIGE KATZE WURDE VERLETZT

Wir alle haben schon von der berühmten Schrödinger-Katze gehört, aber wissen wir, um welche Art von Katze es sich wirklich handelt? Lassen Sie es uns herausfinden und versuchen, in einfachen Worten über die berühmte Schrödinger-Katze zu sprechen.

Schrödingers Katze ist ein Experiment von Erwin Schrödinger, einem der Gründerväter der Quantenmechanik. Darüber hinaus ist dies kein gewöhnliches physikalisches Experiment, sondern geistig.

Zugegeben, Erwin Schrödinger war ein sehr phantasievoller Mann.

Was haben wir also als imaginäre Basis für das Experiment? In einer Kiste liegt eine Katze. Die Kiste enthält auch einen Geigerzähler mit einigen sehr kleinen Mengen an radioaktivem Material. Die Stoffmenge ist so groß, dass die Wahrscheinlichkeit des Zerfalls und des Nichtzerfalls eines Atoms innerhalb einer Stunde gleich ist. Wenn das Atom zerfällt, wird ein spezieller Mechanismus gestartet, der den Kolben mit Blausäure zerbricht, und die arme Katze stirbt. Wenn der Zusammenbruch nicht eintritt, sitzt die Katze weiterhin ruhig in ihrer Kiste und träumt von Würstchen.

Was ist das Wesen von Schrödingers Katze? Warum überhaupt auf solch eine surreale Erfahrung kommen?

Nach den Ergebnissen des Experiments wissen wir erst, wenn wir die Kiste öffnen, ob die Katze lebt oder nicht. Aus Sicht der Quantenmechanik befindet sich eine Katze gleichzeitig (wie ein Materieatom) in zwei Zuständen gleichzeitig - sowohl lebendig als auch gleichzeitig tot. Das ist das berühmte Paradoxon von Schrödingers Katze.

Das kann natürlich nicht sein. Erwin Schrödinger hat dieses Gedankenexperiment ins Leben gerufen, um die Unvollkommenheit der Quantenmechanik beim Übergang von subatomaren zu makroskopischen Systemen aufzuzeigen.

Hier ist Schrödingers eigene Formulierung:

Sie können auch Fälle konstruieren, in denen Burlesque ausreicht. Lassen Sie eine Katze zusammen mit der folgenden teuflischen Maschine (die vom Eingreifen der Katze unabhängig sein sollte) in eine Stahlkammer sperren: Im Inneren des Geigerzählers befindet sich eine winzige Menge radioaktiven Materials - so klein, dass nur ein Atom in einem zerfallen kann Stunde, aber mit derselben darf die Wahrscheinlichkeit nicht auseinanderfallen; In diesem Fall wird das Leserohr entladen und ein Relais aktiviert, wodurch der Hammer abgesenkt wird, wodurch der Blausäurekegel zerbrochen wird.

Wenn wir dieses ganze System eine Stunde lang sich selbst überlassen, dann können wir sagen, dass die Katze nach dieser Zeit noch lebt, solange das Atom nicht zerfällt. Der erste Zerfall eines Atoms hätte die Katze vergiftet. Die Psi-Funktion des Systems als Ganzes drückt dies aus, indem sie die lebende und die tote Katze (verzeihen Sie den Ausdruck) in gleichen Anteilen in sich mischt oder verschmiert. Typisch für solche Fälle ist, dass die ursprünglich auf die atomare Welt beschränkte Unsicherheit in eine makroskopische Unsicherheit umgewandelt wird, die durch direkte Beobachtung beseitigt werden kann. Dies hindert uns daran, das „Blur-Modell“ naiv als Realität zu akzeptieren. An sich bedeutet dies nichts Unklares oder Widersprüchliches. Es gibt einen Unterschied zwischen einem unscharfen oder unscharfen Foto und einer Wolken- oder Nebelaufnahme.

Ein definitiv positiver Punkt bei diesem Experiment ist die Tatsache, dass während seines Verlaufs kein einziges Tier zu Schaden kam.

Um das Material zu festigen, empfehlen wir Ihnen abschließend, sich ein Video aus der guten alten Serie „The Big Bang Theory“ anzusehen.

Und wenn Sie plötzlich Fragen haben oder der Lehrer ein Problem zur Quantenmechanik gestellt hat, wenden Sie sich bitte an. Gemeinsam werden wir alle Probleme viel schneller lösen!

Wie uns Heisenberg erklärt hat, ist die Beschreibung von Objekten in der Quanten-Mikrowelt aufgrund der Unschärferelation von anderer Natur als die übliche Beschreibung von Objekten im Newtonschen Makrokosmos. Anstelle von Raumkoordinaten und Geschwindigkeit, mit denen wir die mechanische Bewegung beispielsweise einer Kugel auf einem Billardtisch beschrieben haben, werden Objekte in der Quantenmechanik durch die sogenannte Wellenfunktion beschrieben. Der Kamm der "Welle" entspricht der maximalen Wahrscheinlichkeit, im Moment der Messung ein Teilchen im Weltraum zu finden. Die Bewegung einer solchen Welle wird durch die Schrödinger-Gleichung beschrieben, die uns sagt, wie sich der Zustand eines Quantensystems mit der Zeit ändert.

Nun zu der Katze. Jeder weiß, dass sich Katzen gerne in Kisten verstecken (). Das wusste auch Erwin Schrödinger. Darüber hinaus nutzte er diese Eigenschaft mit rein nordischer Wildheit in einem berühmten Gedankenexperiment. Seine Essenz war, dass eine Katze mit einer Höllenmaschine in einer Kiste eingeschlossen war. Die Maschine ist über ein Relais mit einem Quantensystem verbunden, beispielsweise einer radioaktiv zerfallenden Substanz. Die Zerfallswahrscheinlichkeit ist bekannt und beträgt 50 %. Die Höllenmaschine arbeitet, wenn sich der Quantenzustand des Systems ändert (Zerfall eintritt) und die Katze vollständig stirbt. Wenn man das System „Katze-Kiste-Höllenmaschine-Quanten“ für eine Stunde sich selbst überlässt und sich daran erinnert, dass der Zustand des Quantensystems in Form von Wahrscheinlichkeiten beschrieben wird, dann wird klar, dass es wahrscheinlich nicht funktionieren wird, herauszufinden, ob ob die Katze zu einem bestimmten Zeitpunkt am Leben ist oder nicht, genauso wenig wird es funktionieren, den Fall einer Münze auf Kopf oder Zahl im Voraus genau vorherzusagen. Das Paradoxon ist ganz einfach: Die Wellenfunktion, die ein Quantensystem beschreibt, vermischt zwei Zustände einer Katze – sie ist gleichzeitig lebendig und tot, so wie sich ein gebundenes Elektron mit gleicher Wahrscheinlichkeit überall im Raum in gleichem Abstand zum Atomkern befinden kann. Wenn wir die Kiste nicht öffnen, wissen wir nicht genau, wie es der Katze geht. Ohne Beobachtungen (Lesemessungen) am Atomkern zu machen, können wir seinen Zustand nur durch eine Überlagerung (Mischung) zweier Zustände beschreiben: einen zerfallenen und einen nicht zerfallenen Kern. Eine atomsüchtige Katze ist gleichzeitig lebendig und tot. Die Frage ist: Wann hört ein System auf, als Mischung zweier Zustände zu existieren und wählt einen konkreten?

Die Kopenhagener Interpretation des Experiments sagt uns, dass das System aufhört, eine Mischung von Zuständen zu sein, und in dem Moment, in dem eine Beobachtung stattfindet, einen von ihnen auswählt, der auch eine Messung ist (das Kästchen öffnet sich). Das heißt, die bloße Tatsache der Messung verändert die physikalische Realität, was zum Zusammenbruch der Wellenfunktion führt (die Katze wird entweder tot oder bleibt am Leben, aber hört auf, eine Mischung aus beidem zu sein)! Denken Sie darüber nach, das Experiment und die damit verbundenen Messungen verändern die Realität um uns herum. Persönlich macht diese Tatsache mein Gehirn viel stärker als Alkohol. Auch der berüchtigte Steve Hawking nimmt dieses Paradox schwer und wiederholt, dass seine Hand nach der Browning greift, wenn er von Schrödingers Katze hört. Die Schärfe der Reaktion des herausragenden theoretischen Physikers ist darauf zurückzuführen, dass seiner Meinung nach die Rolle des Beobachters beim Zusammenbruch der Wellenfunktion (in einen von zwei Zuständen) stark übertrieben wird.

Als Professor Erwin 1935 seinen Katzenbetrug erfand, war dies natürlich eine clevere Art, die Unvollkommenheit der Quantenmechanik aufzuzeigen. Tatsächlich kann eine Katze nicht gleichzeitig lebendig und tot sein. Als Ergebnis war eine der Interpretationen des Experiments der offensichtliche Widerspruch zwischen den Gesetzen der Makrowelt (zum Beispiel der zweite Hauptsatz der Thermodynamik – eine Katze ist entweder lebendig oder tot) und der Mikrowelt (eine Katze ist gleichzeitig lebendig und tot).

Das Obige wird in der Praxis angewendet: im Quantencomputing und in der Quantenkryptographie. Ein Glasfaserkabel sendet ein Lichtsignal, das sich in einer Überlagerung zweier Zustände befindet. Wenn Angreifer irgendwo in der Mitte an das Kabel anschließen und dort einen Signalabgriff machen, um die übertragenen Informationen zu belauschen, dann kollabiert dies die Wellenfunktion (aus Sicht der Kopenhagener Interpretation wird eine Beobachtung gemacht) und das Licht wird in einen der Zustände gehen. Durch statistische Tests des Lichts am Empfangsende des Kabels kann festgestellt werden, ob sich das Licht in einer Überlagerung von Zuständen befindet oder ob es bereits beobachtet und an einen anderen Punkt übertragen wurde. Dadurch ist es möglich, Kommunikationsmittel zu schaffen, die ein unmerkliches Abhören und Abhören von Signalen ausschließen.

Eine weitere jüngste Interpretation von Schrödingers Gedankenexperiment ist die Geschichte von Sheldon Cooper von Big Bang Theory, der mit Pennys weniger gebildetem Nachbarn sprach. Der Punkt von Sheldons Geschichte ist, dass das Konzept von Schrödingers Katze auf Beziehungen zwischen Menschen angewendet werden kann. Um zu verstehen, was zwischen einem Mann und einer Frau vor sich geht, welche Art von Beziehung zwischen ihnen besteht: gut oder schlecht, müssen Sie nur die Schachtel öffnen. Bis dahin sind Beziehungen sowohl gut als auch schlecht.