Was hat es mit dem berühmten Gedankenexperiment Schrödingers Katze auf sich? Das erfährst du hier und im Video!
Inhaltsübersicht
Was ist Schrödingers Katze?
Bei Schrödingers Katze handelt es sich um ein Gedankenexperiment des Physikers Erwin Schrödinger aus dem Jahr 1935.
Schrödinger wollte damit ein Problem aus der neuen Quantenphysik sichtbar machen. Er fragte sich: Was passiert, wenn die Regeln der Quantenwelt auf etwas Alltägliches angewendet werden? Um das zu zeigen, dachte er an eine geschlossene, undurchsichtige Kiste. Darin befinden sich 5 Dinge:
Ein radioaktives Präparat, ein Giftgefäß, einen Hammer, einen Detektor, der den Zerfall des Atoms registriert, und eine Katze.
Wichtig: Mit Quantenwelt ist die Welt der kleinsten Teilchen wie Atome gemeint. Ihr Verhalten unterscheidet sich zum Teil von dem, was wir von Alltagsobjekten kennen.
So funktioniert das Experiment
Nun ist die Katze in der Kiste — aber was jetzt? Das Gedankenexperiment läuft folgendermaßen ab:
- Die Kiste wird für eine Stunde geschlossen.
- Innerhalb dieser Stunde gibt es eine 50:50-Chance, dass ein Atom des radioaktiven Stoffes zerfällt.
- Wenn es zerfällt: Der Detektor schlägt an, aktiviert den Hammer, das Gift wird freigesetzt und die Katze stirbt.
- Wenn es nicht zerfällt: Nichts passiert, die Katze bleibt lebendig.
Solange die Kiste zu ist, weiß niemand, was passiert ist. Nach der Logik des Gedankenexperiments müsste die Katze deshalb gleichzeitig tot und lebendig sein.
Warum soll die Katze nun tot und lebendig sein?
In der Welt der winzigen Teilchen (Quantenwelt) gibt es einen Zustand, den du Superposition nennst. Das bedeutet: Ein Teilchen kann zwei Zustände gleichzeitig haben, solange es nicht gemessen wird. Genau diese Regel steckt hinter Schrödingers Gedankenexperiment. Das radioaktive Atom kann vor der Messung gleichzeitig zerfallen und nicht zerfallen sein.
Da das Schicksal der Katze direkt an das Atom des radioaktiven Präparats gekoppelt ist, müsste die Katze laut den Gesetzen der Quantenphysik in der geschlossenen Box ebenfalls in einer Superposition sein: Sie wäre gleichzeitig tot und lebendig.
Wichtig: Schrödinger wollte damit nicht sagen, dass echte Katzen gleichzeitig tot und lebendig sein können. Sondern das Gegenteil: Er fand die Vorstellung absurd und wollte zeigen, dass die Quantenregeln ein Problem haben, wenn du sie einfach so auf den Alltag überträgst.
„Messung“ bedeutet in der Physik nicht, dass jemand das Teilchen beobachtet. Sondern, dass etwas seinen Zustand festhält, zum Beispiel ein Messgerät. Ab diesem Moment ist die Superposition vorbei und der Zustand steht fest. Zuvor gibt es nur Wahrscheinlichkeiten — beim radioaktiven Atom also 50 % zerfallen, 50 % nicht zerfallen.
Warum funktioniert die Superposition nicht bei Katzen?
In der Realität wird niemand jemals eine gleichzeitig tote und lebendige Katze sehen. Der Grund ist der Unterschied zwischen Quanten (Mikrosystemen) und großen Objekten (Makrosystemen) wie einer Katze.
Bei Quanten funktioniert die Superposition deshalb, weil sie besser von ihrer Umwelt getrennt werden können. Aus diesem Grund bleibt ihre Superposition länger erhalten.
Echte Katzen hingegen bestehen aus Milliarden von Atomen. Und die stehen ständig im Kontakt mit der Umgebung. In der echten Welt wechselwirkt eine Katze zum Beispiel ständig mit Luft, Wärme und Licht.
Diese ständige Wechselwirkung mit der Außenwelt (Dekohärenz) sorgt dafür, dass die Superposition bei Katzen sofort zusammenbricht. Deshalb lässt sich bei einer echten Katze keine Superposition beobachten — sie ist immer entweder tot oder lebendig.
Doppelspalt-Experiment
Lange vor Schrödingers Katze zeigte bereits das Doppelspalt-Experiment, dass Beobachtung die Realität beeinflusst. Alles Wichtige zum Experiment erfährst du hier!
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Schrödingers Katze — häufigste Fragen
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Schrödingers Katze — häufigste Fragen
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Wie funktioniert Schrödingers Katze?Schrödingers Katze funktioniert so, dass eine Katze in einer geschlossenen Kiste über einen Detektor an ein radioaktives Atom gekoppelt wird. Innerhalb einer Stunde hat das Atom eine 50:50-Chance zu zerfallen. Beim Zerfall löst der Detektor einen Mechanismus aus, der Gift freisetzt und die Katze tötet.
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Hat Schrödingers Katze überlebt?Schrödingers Katze war keine echte Katze, sondern Teil eines Gedankenexperiments ohne beobachteten Ausgang, solange die Kiste geschlossen bleibt. Erst beim Öffnen der Kiste steht fest, ob die Katze lebt oder tot ist. In der beschriebenen Situation gibt es dafür eine 50:50-Wahrscheinlichkeit.
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Was wollte Schrödinger mit Schrödingers Katze zeigen?Schrödinger wollte mit „Schrödingers Katze“ zeigen, wie absurd es wird, wenn man Regeln aus der Quantenwelt einfach auf Alltagsobjekte überträgt. Die Idee „gleichzeitig tot und lebendig“ sollte kein echter Zustand von Katzen sein, sondern ein Hinweis auf ein Verständnisproblem rund um Messungen.
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Warum ist Schrödingers Katze so berühmt?Schrödingers Katze ist so berühmt, weil das Gedankenexperiment eine schwierige Idee aus der Quantenphysik mit einem starken, leicht merkbaren Bild erklärt. Die Kiste mit der Katze macht anschaulich, warum man bei Quantenprozessen vor einer Messung nicht einfach von einem eindeutigen Ergebnis ausgeht.
Quantenphysik verstehen
Schrödingers Katze ist eines der bekanntesten Gedankenexperimente der Quantenphysik. Du vergleichst in der Quantenphysik Modelle für Teilchen mit dem, was Messgeräte im Labor tatsächlich anzeigen. So wird klar, warum man in der Quantenwelt oft nur mit Wahrscheinlichkeiten arbeitet und warum eine Messung einen Zustand festlegt. Weitere Videos dazu findest du in unserem Ingenieurwissenschaftenbereich.