Aus gutem Grund zeigt unser Headerbild heute ein Paar leuchtend himmelblaue Katzenaugen: Heute ist wieder der Weltkatzentag.
Mein Lieblingskatzenbild dazu zeigt allerdings nicht etwa das übliche süße und niedliche Katzenbaby in irgendeiner lustigen Szene. Ich bevorzuge Schrödingers Katze – ein Erklärmodell zur Quantenmechanik, das kaum jemand wirklich versteht…
Bei Schrödingers Katze handelt es sich um ein von dem österreichischen Physiker Erwin Schrödinger (1887–1961) vorgeschlagenes Gedankenexperiment, das dazu dienen soll, die Unvollständigkeit der Quantenmechanik zu demonstrieren, wenn man vom Verhalten subatomarer Systeme auf das makroskopischer System zu schließen versucht.
Wie sich der Makrokosmos zeigt
Schauen wir uns zunächst mal im Makrokosmos um. Damit ist alles gemeint, was wir mit bloßem Auge sehen können: Sämtliche Lebewesen und Gegenstände in unserem Alltag sind auf den ersten Blick immer an einem einzigen Ort und haben auch konkrete Werte. Kater Merlin kann also zum Beispiel trotz seines zauberhaften Namens nicht gleichzeitig auf dem Sofa und im kuscheligen Bett liegen. Er kann auch nicht gleichzeitig vier und fünf Kilogramm wiegen.
Der Mikrokosmos kommt sehr anders daher
Aber für den Mikrokosmos und damit für das, was die Quantentheorie beschreibt, gelten diese Regeln nicht. In der Quantentheorie geht es um die kleinsten Teilchen der Materie wie Atome oder Elektronen.
Diese können nämlich gemäß den quantentheoretischen Grundlagen an mehreren Orten gleichzeitig sein und auch verschiedene Eigenschaften gleichzeitig besitzen. So kann ein Atom beispielsweise zur gleichen Zeit zerfallen und auch nicht zerfallen. Quantenphysiker bezeichnen diesen Zustand als „kohärente Überlagerung“.
Klingt seltsam, oder? Genau das wollte der österreichische Nobelpreisträger und Physiker Erwin Schrödinger auch verdeutlichen. Er erfand 1935 dieses Gedankenexperiment, das die Unterschiede der physikalischen Gesetze im Makro- und Mikrokosmos auf die Spitze treibt:
Das Gedankenexperiment
In einer geschlossenen Box befinden sich ein radioaktives Atom, ein Geigerzähler, ein mit diesem verbundener Hammer, ein Glas mit Gift und natürlich eine Katze. Schrödingers Katze halt…
Wenn das radioaktive Atom zerfällt, zeigt der Geigerzähler das an und aktiviert dabei den Hammer, der das Glas mit Gift zerschlägt. Das Gift tritt dann aus und führt so dazu, dass die Katze tot ist, sobald das Atom zerfällt.
Allerdings ist extrem unklar, ob und wann das Atom zerfällt. Nach den Regeln der Quantenmechanik befindet sich das Atom aber in der besagten kohärenten Überlagerung, während wir es nicht beobachten, wobei Quantenmechaniker von „Superposition“ sprechen: Es ist damit weder zerfallen noch nicht-zerfallen.
Ist die Katze tot oder lebendig?
Für Schrödingers Katze bedeutet dies bei geschlossener Box und nach den Gesetzen der Quantenmechanik: Sie ist weder tot noch lebendig. Erst wenn wir die Box öffnen, sehen wir entweder eine tote oder eine lebendige Katze.
Wobei Penny aus der Wissenschaftssoap “The Big Bang Theory”, die von einem Bauernhof im US-Rustbelt kommt, die Diskussion mit dem Hinweis abwürgte, dass man doch riechen könne, wie es um die Katze in der Kiste steht… 😎
Bild: Wikipedia, Martin Bahmann, CC BY-SA 3.0
Anfang letzter Woche begann wieder der stärkste Meteoritenschauer, die auch als Laurentiustränen bekannten Perseiden, deren Sternschnuppen dem namensgebenden Sternbild Perseus, das zu dieser Jahreszeit in nordöstlicher Richtung am Himmel steht, entgegen zu rasen scheinen.
