Schrödingers Katze schläft gut
BLOG: Quantenwelt
Im Juni bloggte Mona Bossemeyer nebenan über die Helferleins der Ingenieurwissenschaften. Gemeint hat sie die unterschiedlichen Darstellungsarten eines Prozesses. Auch wir Physiker haben einen Schatz an Werkzeugen, die uns die Forschung vereinfachen. Eines dieser Helferlein ist das Gedankenexperiment.
Physikalische Theorien werden immer mathematisch formuliert. Eine Reihe von Definitionen ordnet den beobachtbaren physikalischen Größen Formelzeichen zu. Mit diesen Formelzeichen kann man nun mathematisch operieren und so das Verhalten der Größen zueinander beschreiben. Solche Formeln können mathematisch recht einfach sein, wie zum Beispiel die ideale Gasgleichung pV=NkT, und dennoch enthalten sie eine Menge echten Wissens. In diesem Fall darüber, wie Druck (p) und Volumen (V) mit Teilchenzahl (N) und Temperatur (T) in einem Gas zusammenhängen.
Manchmal gibt es in der Physik Situationen, in denen nicht die Formel das Problem ist. Die Formel gibt Messwerte gut wieder und scheint brauchbar zu sein. Aber Physik ist mehr als Mathematik. Wir wollen die Natur verstehen. Wir müssen also die richtige Interpretation unserer mathematischen Modelle finden. Dazu helfen nicht selten Gedankenexperimente.
Nehmen wir die Schrödingergleichung. Diese Gleichung sieht zunächst einfach aus. Sie hat es aber in sich, weil sie Elektronen durch komplexwertige Wellenfunktionen beschreibt. Als Erwin Schrödinger diese Gleichungen aufstellte fand er, dass man mit ihr hervorragend die physikalischen Eigenschaften des Wasserstoffatoms beschreiben konnte. Es war aber alles andere als klar, was denn die Wellenfunktion eigentlich darstellen soll. Ist es eine Art Führungsfeld? Surft das Elektron auf einer Welle durch den Raum. Oder ist das Elektron etwa diese Welle?
Eine Lösung dieser Frage fiel Max Born in Göttingen ein. Er berechnete mit Hilfe der Schrödingergleichung die Streuung eines Elektrons an einem kugelförmigen Atom. Das Elektron wurde dabei als ebene Welle dargestellt, die am Atom gebrochen wurde. Ab dem Atom gab es dann eine Überlagerung aus ebenen und kugelförmigen Wellen. Ganz so, als ob eine Wasserwelle an einem aus dem Wasser herausragenden Stein gebrochen wird. Nun kommen an dem Leuchtschirm zwei Wellen an, die sich überlagern. Die einlaufende ebene Welle und die gestreute Kugelwelle. Gesehen werden aber einzelne Lichtblitze von einschlagenden Elektronen. Wie hängen die zufällig verteilten Elektroneneinschläge mit der berechneten Schrödingerwelle zusammen?
Max Born tippte auf Zufall und behielt recht. Die Wahrscheinlichkeit, dass das Elektron einen bestimmten Ort des Schirms zum Aufleuchten bringt, ist proportional zum Betragsquadrat der Wellenfunktion. Das kann man experimentell nachweisen, indem man zum Beispiel den Leuchtschirm durch eine Fotoplatte (oder heute durch eine CCD-Kamera) ersetzt und die vielen Leuchtpunkte aufaddiert. Das Betragsquadrat der Wellenfunktion spiegelt dann sehr schön die Helligkeitsverteilung auf der Fotoplatte wieder. Die Wellenfunktion gibt vor, wo das Elektron überall auftauchen könnte, wo es aber tatsächlich auftaucht ist reiner Zufall.
Nach der Wahrscheinlichkeitsinterpretation der Quantenmechanik bricht die Wellenfunktion im Moment der Messung zusammen. Das ist in diesem Beispiel der Moment, an dem ein Lichtblitz auf dem Leuchtschirm entsteht. Vorher gab es eine Wahrscheinlichkeitsverteilung im Raum. Das Elektron ist an jedem Ort mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit. Hinterher wissen wir, wo das Elektron aufgeschlagen ist. 100%ig war das Elektron dort, wo der Schirm leuchtet, nicht anderswo.
Das erschütternde an der Quantenmechanik ist, dass die Wellenfunktion echt ist. Es ist nicht etwa so, dass wir nur nicht wissen, wo sich das Elektron gerade aufhält. Die Bewegung des Elektrons wird durch die Wellenfunktion vollständig beschrieben. Mehr gibt es über das Elektron nicht zu wissen. Erst wenn gemessen wird, nimmt es den gemessenen Ort ein. Durch den Messvorgang gewinnen wir sicheres Wissen über die Position des Elektrons, wir vernichten aber die Wellenfunktion. Das ist die Beschreibung der Quantenmechanik mit Borns Wahrscheindlichkeitsinterpretation.
Erwin Schrödinger war Mitte der 1920er Jahre überzeugt, dass die Beschreibung der Natur mit quantenmechanischer Wellenfunktion und Wahrscheinlichkeitsinterpretation unvollständig sein muss. Um das zu veranschaulichen, entwarf er ein berühmtes Gedankenexperiment: Schrödingers Katze.
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| Unsere Katzen können ruhig schlafen. Schrödingers Katzenversuch ist nur ein Gedankenexperiment. |
Stellen wir uns eine Katze in einer Kiste vor. Außer dem Tier befindet sich in der Kiste noch ein radioaktives Präparat. Dieses löst mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit einen Mechanismus aus, der die Katze schnell tötet. Das Wesentliche an diesem Gedankenexperiment ist, dass es aus einem quantenmechanischem System und einem klassischen System besteht, die eng miteinander verbunden sind. Wie immer ist es für ein Gedankenexperiment unerheblich, ob das Experiment durchführbar ist oder nicht. Man möchte es gar nicht durchführen sondern die Konsequenzen der Theorie ausloten.
Das quantenmechanische System ist das radioaktive Präparat. Der Einfachheit halber stellen wir uns ein einzelnes Atom mit einer Halbwertszeit von zwei Minuten vor und einen Mechanismus, der den Zerfall sicher registriert und sofort ein Gift freisetzt. Der radioaktive Zerfall ist ganz eindeutig ein quantenmechanischer Vorgang und man muss mit dem Formalismus der Quantentheorie arbeiten. Das Atom ist also weder zerfallen noch unzerfallen, bis man den Zerfall beobachtet.
Das klassische System ist eine Katze. Katzen sind offenbar entweder tot oder lebendig und sie sind komplizierte Objekte, die vermutlich sogar über ein Bewusstsein verfügen. Sie sind so klassisch, wie es nur geht. Der Trick dieses Gedankenexperimentes ist es nun, ein Quantenobjekt mit einem klassischen Objekt so eng zu verbinden, dass der Zustand des einen mit dem Zustand des anderen wechselt. Geht das Atom vom Grundzustand in der Zerfallen-Zustand über, so geht unweigerlich und zugleich die Katze vom Lebendzustand in den Totzustand über.
Das Experiment geht nun so: Man steckt Katze, Atom und Mechanismus in die Kiste, wartet zwei Minuten und stellt dann durch Nachsehen fest, ob die Katze am Leben ist oder tot. Klassische Physik und Quantenmechanik sagen übereinstimmend voraus, was man nach dem Öffnen der Kiste feststellt: In 50% der Fälle ist das Tier tot, in 50% der Fälle lebt es. Aber die Aussage, was im Moment vor dem Öffnen der Kiste der Fall ist, ist sehr unterschiedlich.
Die Quantenmechanik sagt, dass vor dem öffnen der Kiste beide Systeme in einem unentschiedenen Zustand zwischen zerfallen und unzerfallen, zwischen tot und lebendig sind. Die gemeinsame Wellenfunktion befindet sich in einem Überlagerungszustand aus beiden möglichen Ausgängen der Messung. Die klassische Physik sagt dagegen, dass sich die beiden Systeme stets in einem eindeutigen Zustand befinden entweder tot oder lebendig, entweder zerfallen oder nicht. Der Widerspruch liegt daran, dass man zwei Systeme miteinander koppelt, die sich eigentlich verschieden Verhalten sollten. Verhält sich ein gekoppeltes System aus Quantenobjekt und klassischem Objekt nach Quantenlogik oder nach klassischer Logik?
Heute sind wir der Antwort auf diese Frage recht nahe. Die Quantenphysik hat alle experimentellen Tests bestanden und sich stets bewährt, man nimmt nicht mehr an, dass es irgend eine klare Grenze zwischen Quantenwelt und klassischer Welt gibt. Alles in der Kiste unterliegt, wie auch alles außerhalb der Kiste der Quantenlogik.
Es hat sich aber auch die Sicht auf die Messung verschoben. Für die Pioniere der Quantenmechanik war messen gleichbedeutend mit hinsehen. Man führte eine Messung durch, indem man auf einen Leuchtschirm sah und die gezählten Ereignisse ins Laborbuch schrieb. Das schrödingersche Katzenexperiment führte so zu vielen Missverständnissen. Manch einer wollte gar des Bewusstsein des Beobachters zum springenden Punkt der Messung machen. Nicht die Beobachtung an sich, sondern die bewusste Zurkenntnisnahme der Messergebnisse sei entscheidend. Bis heute glauben Menschen daran, hier könnte ein übernatürlicher Einfluss des Geistes auf das Messgeschehen stattfinden.
Heute sind Messungen in der Quantenphysik sehr genau als bestimmte Arten von Wechselwirkungen des untersuchten Systems mit dem Messgerät definiert. Es ist so nicht verwunderlich, dass eine Messung den Schwebezustand zwischen verschieden wahrscheinlichen Messergebnissen zerstören und einen Messwert erzwingen kann. Die Messergebnisse können von einem Computer aufgezeichnet werden, sie können einem Menschen bewusst werden oder sie können ungesehen wieder gelöscht oder weggeschmissen werden. Das alles ändert nichts am Vorgang der Messung. Somit auch nicht am Messergebnis. Aber der Vorgang der Messung selbst ist immer ein Eingriff in das Quantensystem und führt zum Kollaps der Wellenfunktion. In Schrödingers Gedankenexperiment beinhaltet die Mechanik, die den Zustand des Atoms ausliest fast zwangsläufig bereits die Messung. Die arme Katze ist nur der Beobachter.
Sucht man in der wissenschaftlichen Version von Google, also bei Google-Scholar nach dem Begriff Schrödinger-cat, so findet man über 3000 Veröffentlichungen zu Schrödingers Katze. Davon über 250 aus diesem Jahr. Ist das alte Gedankenexperiment von Erwin Schrödinger also doch noch Objekt des aktuellen Forschung? Werden in der Physik gar Tierversuche mit Katzen in Kisten durchgeführt?
Zum Glück nicht, heute ist eine Schrödingerkatze etwas ganz anderes als in den 1920er Jahren. Aber das ist eine andere Geschichte, die ich in einem späteren Artikel aufgreifen werde.
Everett
Was ist mit der Interpretation nach Everett mit wissen um dekohaerenz? Nach wie vor ist die Interpretation der qm eine glaubensfrage nach den Grenzen der Gültigkeit der schrodingergleichung.
@Keeper
Wenn die Interpretation der Quantenmechanik eine Glaubensfrage ist, dann ist die ganze Physik eine Religion. Alle Experimente, in denen Aussagen der Quantenmechanik überprüft wurden, waren bisher erfolgreich. Man kann Wellenfunktionen überlagern und so feststellen, dass sie tatsächlich Einfluss haben. Und man kann die Reduktion der Wellenfunktion durch Messungen überprüfen.
Details zur Dekohärenz konnte ich in diesem Zusammenhang nicht beschreiben, aber Dekohärenz steckt natürlich im Messprozess. Dazu werde ich wohl in der Fortsetzung, wenn es um Moderne Schrödingerkatzen-Zustände geht, mehr schreiben.
Die Grenzen der Schrödingergleichung sind natürlich auch längst bekannt. Die Schrödingergleichung gilt nur im nicht relativistischen Grenzfall. Auch hier ist nicht viel Raum für Glauben.
Die Viele-Welten-Interpretation scheitert meiner Meinung nach schon an Ockham’s Rasiermesser. Warum sollte man unabzählbar undendlich viele unbeobachtbare Universen annehmen, wenn einfacher Zufall das Ergebnis erklärt? Für Science-Fiction mag das eine gute Idee sein, naturwissenschaftlich bringt es uns nicht weiter.
@Joachim
Natürlich ist die Interpretation eine glaubensfrage, da sie prinzipiell nicht entscheidbar ist! Das hat doch nichts mit den Experimenten zu tun. Die funktionieren auch mit verborgenen Parametern. Mit den Grenzen der schroedingergleichung ist der “Kollaps” der Wellenfunktion gemeint. Denn dieser kollaps, also die instantane Vernichtung von wahrscheinlichkeit muss in der kopenhagener Deutung erst angenommen werden und begrenzt die Gültigkeit der sg. Everetts Interpretation ergibt sich wenn sie der sg zutrauen, die Welt auf allen (nichtrelativistischen) Skalen zu beschreiben. Und welche Annahme zutrifft ist sicherlich eine glaubensfrage, denn sonst könnten wir uns sicherlich nicht darüber streiten 😉
Post Skriptum
Ps. Nein, man kann den Kollaps der Wellenfunktion nicht messen und somit mit einem experiment entscheiden welche Interpretation der qm zutrifft. Das ist schmarrn. Ich bitte da, sollte ich mich irren, um entsprechende Belege. Die Messung ist wie gesagt ein dekohaerenzeffekt, welcher uebrigens ihren Kollaps recht unwahrscheinlich macht, denn er ist nicht zu lokalisieren und unnoetig fuer eine konsistente beschreibung.
Und noch etwas
Ihre perspektive ist falsch: nach der everettschen interpretation gibt es nur ein quantenuniversum, eine kosmologische wellenfunktion. Und dekohaerenz teilt es in viele klassische Welten auf. Wie gesagt, es ist eine Frage nach den grenzen der Gültigkeit der sg.
@Keeper
Ich glaube nicht, dass wir uns hier um Glaubenssätze streiten müssen. Vermutlich verstehen Sie unter der Interpretation einer mathematischen Gleichung nur etwas anderes, als ich hier darstellen wollte.
Borns Wahrscheinlichkeitsinterpretation ist einfach die Vorstellung, dass das Betragsquadrat einer Ortswellenfunktion die Wahrscheinlichkeitsdichte wiedergibt, an einem Ort das beschriebene Teilchen zu messen. Das ist experimentell verifizierbar. Zum Beispiel am Elektronenstrahl. Man kann da Einzelspalt Doppelspalt- und Gitterexperimente durchführen und man kommt immer durch Berechnung der Wellenfunktion nach Schrödingergleichung auf die richtige, messbare Ortsverteilung.
Der nächste Schritt ist dann die Reduktion der Wellenfunktion. Auch hier ist es nachweislich so, dass man nach Durchlauf der Welle durch zum Beispiel einen Spalt mit der reduzierten Wellenfunktion weiterrechnen kann, ohne Information zu verlieren.
Muss ich ihnen dazu wirklich eine Veröffentlichung heraussuchen? Sie finden das in jedem Lehrbuch für Experimentalphysik.
Auf fortgeschrittene Verfahren zu verlustfreien Quantenmessungen möchte ich tatsächlich in späteren Beiträgen zurückkommen. Da widerlege ich Ihnen dann auch, dass versteckte Variablen funktionieren. Aber das ist für die Katze recht unerheblich.
Die Frage nach der Metaphysik. Ob man zum Beispiel eine Gesamtwellenfunktion des Universums annehmen sollte, überlassen wir doch dann besser den Philosophen. Da gebe ich aber zu bedenken, dass man schon in der relativistischen Quantenmechanik nicht mehr mit der Schrödingergleichung rechnen kann. Wir brauchen da also eine Everettsche “theory of Everything”. Das ist nicht meine Baustelle.
To Whom It May Concern
http://en.wikipedia.org/…Ensemble_interpretation
Wellenfunktion beschreibt Elektron
Hallo Herr Schulz,
was beschreibt die Wellenfunktion ? Das Elektron? Ja wie wird es denn da beschrieben ?
Soweit ich aus dem Physikstudium weiss (es liegt 35 Jahre zurück) gibt das Quadrat der Wellenfunktion günstigenfalls die Wahrscheinlichkeit für eine Messergebnis an. Dieser magere Erkentnissgewinn durch Messung kann doch nicht d i e “Beschreibung des Elektros” sein. Was das Elektron ausserhalb der Messung “ist” – das wissen wir nicht. Ist auch eine metaphysische Frage. Aber auch die quantenmechanische Modelle lassen alles offen. Müsste man nicht ehrlicherweise sagen: keine Ahnung was es ist ? Keine Ahnung was die Wellenfunktion beschreibt ? Zumal sie auch noch im Messvorgang auf wundersame Weise ihre Gültigkeit verliert.
So kann man doch sagen: sie ist zufällig für Vorhersagen ganz nützlich, aber das Wesen der Natur spiegelt sie nicht – der Spiegel ist blind.
Grüsse Bernd
Ich bitte sie!
Nun gut, ich gebe es auf mit ihnen! Ich glaube, dass sie mich nicht verstehen wollen.
Und noch dazu reden sie schmarrn!
“Wenn die Interpretation der Quantenmechanik eine Glaubensfrage ist, dann ist die ganze Physik eine Religion.”
Borns Wahrscheinlichkeitsinterpretation ist doch unbestritten und darum geht es doch auch nicht. Auch nicht um die experimente.
Aber es ist nachweislich(!) nicht experimentell zwischen der kopenhagender Deutung = Kollaps der Wellenfunktion, der De-Broglie-Bohm-Theorie, die die nicht-lokale verborgene Parameter benutzt und die QM damit deterministisch macht und der everettschen Viele-Welten-Interpretation unterscheidbar (scheinbar gibt es auch noch eine statistische Interpretation).
Wenn sie etwas anderes behaupten, dann haben sie einfach nicht gut genug aufgepasst oder es nicht besser verstanden. Dass sie jetzt die interpretation der Gleichung als “Metaphysik” abtun, ist wirklich sehr schwach. denn erst schreiben sie:
“Aber Physik ist mehr als Mathematik. Wir wollen die Natur verstehen. Wir müssen also die richtige Interpretation unserer mathematischen Modelle finden.”
und jetzt versuchen sie sich mit:
“Die Frage nach der Metaphysik. Ob man zum Beispiel eine Gesamtwellenfunktion des Universums annehmen sollte, überlassen wir doch dann besser den Philosophen.”
Ich vertrete ihren ersten Standpunkt und bin für mich zur Überzeugung gelangt, dass ich einen kollaps der wellenfunktion keinen realitätswert beimessen kann, da es keinen Grund (und da greift dann ockham) und kein Indiz dafür gibt. Aber da es prinzipiell nicht überprüfbar ist, ist es nur eine Meinung oder ein Glauben an dies oder das.
Da sie jedoch über Interpretationen und Gedankenexperimente schreiben, wollte ich sie nur darauf aufmerksam machen, eben auch diese Sichweise zu erwähnen, in der z.B schrödingers Katze anders zu sehen ist.
Denn sind wir doch mal ehrlich: so sehr wie sie die viele-welten-interpretation nicht mögen, hab ich etwas gegen die kopenhagener. Das ist auch in Ordnung so, nur sollte man immer betonen, dass man da nuneinmal nicht mehr weiß. und btw. meiner meinung nach und ich glaube so weit von der wahrheit bin ich da nicht weg, sind die großen Physiker der letzten hundert Jahre auch immer große Philosophen gewesen. Was blieb ihnen denn auch anderes übrig 😀
@Keeper
“Borns Wahrscheinlichkeitsinterpretation ist doch unbestritten und darum geht es doch auch nicht. Auch nicht um die experimente.”
Doch, genau darum geht es mir hier in dem Blogartikel. Und genau darum ging es Schrödinger im Katzenexperiment.
Ich schrieb von der Interpretation der Wellenfunktion in der Schrödingerschen Quantenmechanik.
Sie kritisieren hier, dass ich nicht über die Alternativen zur Quantenmechanik und deren philosophische Konsequenzen geschrieben habe.
Nun gut, das wäre auch ein spannendes Thema gewesen, aber es ist eben nicht mein Thema hier. Vielleicht greife ich es mal in einem anderen Zusammenhang auf.
@Bernd
“Soweit ich aus dem Physikstudium weiss (es liegt 35 Jahre zurück) gibt das Quadrat der Wellenfunktion günstigenfalls die Wahrscheinlichkeit für eine Messergebnis an.”
Es steckt schon noch etwas mehr dahinter. So zeigen Wellenfuntionen Interferenzphänomene. Die Ampliduden und Phasen der Wellenfunktion an verschiedenen Orten können durchaus physikalische Konsequenzen haben.
…
“Ich schrieb von der Interpretation der Wellenfunktion in der Schrödingerschen Quantenmechanik.”
“Alternativen zur Quantenmechanik” ???
Wovon reden sie eigentlich? Ich habe mehr und mehr das gefühl, dass sie nicht besonders sorgfältig über die dinge die sie schreiben nachdenken.
In dem Sinne: Ignoranten führen auch ein sinnerfülltes Leben. Vllt lesen sie meine Beiträge nochmal etwas genauer.
Joachim
Hi Joachim,
was beschreibt die Wellenfunktion ? Etwas Physikalisches ?
Etwas Transzendentes (was immer das sein könnte) ?
Ist ihre Lösung nur eine abstrakte Hilfsgrösse (z.B. die Wurzel aus einer Wahrscheinlichkeit) ?
Ja was denn nun ? Können Sie eine präzise Aussage machen ? Ich glaube nicht, falls doch, wäre ich sehr überrascht.
Es ist schon bemerkenswert, wie gut man als Physiker mit einer Formel arbeiten kann, die man von ihrer eigentlichen Bedeutung her nicht versteht. Das bedeutet doch, dass die Modelle der Physiker zuallererst auf praktische Erwägungen ausgerichtet sind, und ihre Erklärungen über das Wesen der Natur in keinem Deut weiter führen, als die jahrhundertelangen Spekulationen der Naturphilosophen. Der Eine tappt genauso im Dunkel wie der Andere. Macht ja auch nichts, muss man nur mal so festhalten.
Grüsse Bernd
Viele Welten Theorie
Hi Keeper,
versteh ich Sie richtig, dass Sie die Viele-Welten-Theorie favorisieren, bei der Interpretation der unverstandenen Phänomene der Quantenmechanik ? Falls ja, wäre ich interessiert daran zu erfahren, wie diese Theorie verifiziert werden könnte.
Grüsse Bernd.
@bernd ein bild sagt mehr als 1000 worte
http://aip.org/png/html/mirage.html
Wellenfunktion ist nicht so abstrakt wie es anmutet, man kann sie sogar messen mit nem STM. Vielleicht mal das Studium wieder aufrischen bei Gelegenheit, da scheint einiges verloren gegangen zu sein. Rastersondenmikroskopie gibts zu ihrer Verteidigung aber auch erst seit den 80ern, Binnig hat auch gleich den Nobelpreis dafür bekommen und das Bild oben ist einer der anschaulichsten Beweise für den Welle-Teilchen Dualismus
@Bernd
Hi Bernd,
Naja, sie ist (noch) gar nicht zu verifizieren, da es nur eine konsistente Interpretation der bekannten und überprüften Schrödingergleichung ist.
Btw. Darum geht es mir übrigens auch die ganze zeit. Es ist weder eine Alternative zur Quantenmechanik noch Metaphysik oder Spinnerei.
http://www.rzuser.uni-heidelberg.de/…eWelten.pdf
das empfehle ich interessierten Lesern
MfG
Zitat
Ich zitiere da mal raus, denn das trifft den Kern dieser Diskussion:
“Ein nicht langweilen wollender Science-Fiction-Autor wird daher stets irgendeine
hypothetische Wechselwirkung zwischen seinen fiktiven Welten annehmen[…]
Wegen dieser äußerlichen Ähnlichkeit wird die Viele-Welten-Interpretation der Quantentheorie
ebenfalls oft als Science Fiction bezeichnet. Genau diese Ansicht beweist aber ein
elementares Unverständnis der Situation auf Seiten des Kritikers.
[…] sind die Vielen Welten gerade eine
Konsequenz der allgemeinsten und bestgeprüften Gleichung der Physik (nämlich der Schrö6
dingergleichung). Um sie zu vermeiden, muß man diese Gleichung willkürlich abändern oder
ergänzen, so daß man eigentlich eher die Kopenhagener Interpretation oder den hypothetischen
Kollaps als Science Fiction bezeichnen sollte.”
P.S
Herr Joachim Schulz,
Ich bitte sie, den verlinkten Text von mir einmal komplett zu lesen, denn selbst ihr Ockham-Argument kommt vor.
Die beste Analogie finde ich:
“Tatsächlich bilden Everetts „Welten“ eine gewisse Analogie zu inhaltlich voneinander
unabhängigen und getrennt betrachtbaren Radio- oder Fernsehsendungen, die alle gleichzeitig
als eine elektromagnetische Welle den (hier dreidimensionalen) Raum füllen[…]”
@Keeper
Kennen Sie die englische Phrase ‘off topic’? Nein? wundert mich, sie dominieren nämlich den Kommentarbereich zu diesem Artikel ohne irgendwas zum Thema zu sagen.
Herr Schulz hat versucht uns zu erläutern, weshalb das Gedankenexperiment ‘Schrödingers Katze’ eben keine rein philosophische Angelegenheit ist, dass es nicht um bloße Wahrnehmungsprobleme geht*, sondern um real messbare Phänomene. Ihre Viele-Welten-Interpretation ist nicht messbar, daher für einen Physiker eher uninteressant.
Ich kann mir gut vorstellen – Herr Schulz erwähnt so etwas in diesem Kommentarthread -, dass er auch einmal über [Kaffeetisch-]Interpretationen zur Quantenbeschreibung der Welt bloggt. Hat er hier aber nicht.
*Nehmen Sie mal den Quantenteil aus der Kiste raus, lassen sie aber die Katze drin. Zumachen und jemanden fragen, ob die Katze darin tot ist oder nicht. Die Frage ist ohne die Kiste zu öffnen unentscheidbar – hat aber nichts mit der ursprünglichen Idee des Experiments zu tun.
@Dierk
Sie beweisen nur, dass sie es eben auch nicht verstanden haben… Es geht genau darum! Es geht genau darum, dass Schrödingers Katze eben kein Problem darstellt, nur in der Kopenhagener Deutung.
“[Kaffeetisch-]Interpretationen”?
Ihnen lege ich auch die Lektüre des Textes von Dieter Zeh ans Herz. Vielleicht verstehen sie dann.
@keeper
Nein, ich proklamiere jetzt einfach, dass sie nicht verstanden haben. Punkt.
PS: Ich verstehe tatsächlich nicht allzu viel von Physik, meine Lektüre beschränkt sich auf die üblichen Verdächtigen – Davies, Feynman, Penrose. Da mich innerhalb der Physik auch ein völlig anderes Thema als Ihr persönlicher Liebling überhaupt interessiert, außerdem Huw Price [Vorteil: nur ein Buch, alles andere tech papers].
PPS: Aber auch das hat alles nicht die Bohne mit dem Thema des Beitrages zu tun. Wie wär’s sie nehmen ihre Kommentare, schnurren die ein wenig zusammen, packen noch ein wenig echte Recherche und Analyse rein, um das Ganze dann in ihrem Blog zu veröffentlichen. Da darf dann Herr Schulz vorbeischauen und off-topic kommentieren. Ist das ein Angebot?
@Dierk
Lesen und verstehen sie den text, dann können wir vielleicht qualifiziert darüber diskutieren.
Es geht exakt darum in diesem Artikel. Als Hinweis einige Zitate aus dem Text:
Hier geht es um “richtige Interpretation unserer mathematischen Modelle”.
Die Aussage, dass “Nach der Wahrscheinlichkeitsinterpretation der Quantenmechanik [..] die Wellenfunktion im Moment der Messung zusammen”bricht, ist sogar falsch, denn sie sagt nur aus, dass das Betragsquadrat der Wellenfunktion eine Art Wahrscheinlichkeit darstellt und macht keine Aussagen über einen expliziten Messvorgang. Denn das tut erst die Kopenhagener Deutung des ganzen mit dem inkonsistenten Komplementärbegriffen.
Weiterhin wird von einem Kollaps der Wellenfunktion geredet und gleichzeitig behauptet, dass “man […] nicht mehr an”nimmt”, dass es irgend eine klare Grenze zwischen Quantenwelt und klassischer Welt gibt”. Aber was ist denn der Kollaps der Wellenfunktion anderes?
Und ehrlich gesagt bin ich über solche sätze wie: “Wenn die Interpretation der Quantenmechanik eine Glaubensfrage ist, dann ist die ganze Physik eine Religion” erbost, da sie wirklich objektiv unwahr sind.
P.S: btw das was sie veranstalten ist wirklich off-topic.
Wellenfunktion kann man messen
Hi Ursuppe,
das Bild ist interessant, aber was wird da abgebildet ?
In einem Raster-Tunnelmikroskop, das es “zu meiner Zeit” auch schon gab, werden Elektronenstroeme gemessen und die Stromstaerke vom Computer in Abstaende umgerechnet. Ich sehe auf dem Bild daher eine vom Comuputer berechnete Verteilung von Abstaenden, aber keine “Wellenfunktion”.
Gruesse Bernd
Cool
interessant
Schrödingers Katze, Alltagsbeobachtung
Hier zu meine Deutung: Ich behaupte, dass jede Nichtbeobachtung ein quantenmechanisches System erzeugt und erst die Beobachtung nach der Logik von Spencer- Brown “draw a distinction” ein klassisches System kreeiert. Ich versuche, das mal mit Alltagswissen zu beschreiben:
Nun, wie erkennen wir denn, ob die Katze jetzt tot oder lebendig ist? Wir müssen die Kiste öffnen und nachschauen. Wenn wir die Kiste nicht öffen also nicht nachschauen, können wir folglich nicht wissen/ beobachten, ob die Katze tot ist oder lebt. Die Physiker sagen die Katze befinde sich in einem „Zwischenzustand“ also weder tot noch lebendig. Mit anderen Worten; in einer Superposition beider Zustände.
Was sagt uns das? Lassen wir mal die Kiste, das Atom, Geigerzähler, Gift und Hammer weg und nur die Katze Katze sein. Stellen Sie sich vor, Sie sitzen im Wohnzimmer vor dem Fernseher und ihr 4- jähriger Sohn stürmt herein und ruft: „Mama (es könnte auch der Papa sein, aber einigen wir uns mal auf die Mama) Draussen liegt ein Kätzchen, das…“.
Sie schalten sofort: „Räum erst mal dein Zimmer auf, bevor du dich um anderer Leute Katzen kümmerst und dann marsch ins Bett; es ist schon spät“! Ja nicht weiter darauf eingehen etwa mit: „wo denn, mein Schatz? Was ist mit dem Kätzchen?“ Lass die Katze Katze sein, sagen Sie sich, eine Katze kommt nicht ins Haus.
Aber Halt! Sie haben ihr Kind ja gar nicht ausreden lassen. Vielleicht wollte der Sohn sagen: …, das ist überfahren worden oder der Hund vom Nachbarn hat es getötet oder aber …das Kätzchen ist ausgesetzt worden und braucht dringend Milch. Sie wissen also nicht, ob das Kätzchen lebt oder nicht. Stattdessen muss Ihr Sohn nun sein Zimmer aufräumen. Sie hoffen, dass Ihr Kind diese Katze vergißt und Ihnen die Situation erspart bleibt, nachschauen zu müssen, was denn mit diesem Kätzchen los ist: und im schlimmsten Falle Katzenmutter zu werden.
Sie haben also sofort reagiert, als Ihr Kleiner ins Zimmer stürmte. Sofort das Thema ausblenden, einen Nebenkriegsschauplatz (Zimmer aufräumen) eröffnen und dann auf Zeit spielen. Abwegig? Zu weit hergeholt? Ein Beobachter dieser Situation hätte vielleicht gesagt, dass Sie nicht auf die Belange ihres Kindes eingegangen sind. Aber lassen wir diesen Beobachter erst mal weg. Sie und Ihr Kind waren allein. Tatsache ist, dass Sie von der Katze nichts wissen wollten.
Für Sie ist und bleibt die Katze in einer, um es quantenphysikalisch zu bezeichnen, „Zwischenposition oder Superposition“ beider Zustände. Und, sollte Ihre Strategie aufgehen und Ihr Sohn das Kätzchen vergessen haben, bleibt es dabei.
Was kümmert es auch die Mutter, ob sich die Katze in einer Superposition befindet oder nicht. Tatsache ist, dass das Thema Katze sich erledigt hat ob tot oder nicht tot.
Später am Abend jedoch plagt Sie das Gewissen. Sie schauen nach Ihrem Kleinen und finden ihn friedlich schlafend in seinem Zimmer vor. Nachdenklich gehen Sie zurück ins Wohnzimmer und fragen sich, was denn Ihr kleiner Bub von dem Kätzchen erzählen wollte.
Da geht die Tür auf und Ihre ältere Tochter kommt heim, sieht Sie gedankenverloren auf der Wohnzimmercouch und fragt: „Mama, was hast du denn? Ist dir nicht gut?“
Doch, doch mein Kind, aber dein kleiner Bruder hat mir heut’ abend was von einer Katze erzählen wollen, ich hab’ gar nicht zugehört und jetzt weiß ich nicht was mit diesem Viech los war; was er mir sagen wollte. Vielleicht war es ihm wichtig und ich hab’ ihn abgewürgt. Ich weiß nicht mal, ob er mir was von einer toten oder lebendigen Katze erzählen wollte“.
„ Aber Mama,“entgegnete die Tochter, die im dritten Semester Physik studiert. „ Für dich ist die Katze in einer Superposition. Unser kleiner Scheisser hat ein Kätzchen gesehen und wollte dir mitteilen, was mit ihr los ist. Dazu ist es aber nicht gekommen. Denn du hast gar nicht nachgeschaut; konntest also nicht beobachten, ob das Tier lebendig oder tot oder am verhungern ist. Deswegen musst du dir doch keine Gedanken machen, das passiert eben. Im Gegenteil, es kann auch manchmal hiflreich sein im Leben“.
„Wie?“ fragen Sie als Mutter: „so was lernt ihr auf der Uni? Superposition? Das musst du mir mal erklären“.
„Schau, Mama, ich hab dir doch von demTypen erzählt, den ich letzte Woche getroffen habe und den ich so toll finde. Heute hat er mir eine sms gesendet und geschrieben, dass er mir einen persönlichen Brief geschickt hat. So richtig handschriftlich“.
„Und, was steht in dem Brief?“ fragt die Mutter: „Ist er verliebt in dich, hat er dir etwa einen Heiratsantrag gemacht?“
„Nee, Mama, das ist es ja gerade. Als ich den Brief abholen wollte, hatte das Postamt schon geschlossen. Stell dir vor, diese Ungewissheit. Ich habe noch versucht, die Frau von der Poststelle irgendwo in der Stadt zu erreichen, aber war nix. Jetzt muss ich eben warten bis morgen. Dann habe ich jedoch überlegt, dass ich bis morgen meinen Träumen nachhängen kann: dass er mich ganz doll lieb hat und so. Stell’ dir vor der würde schreiben, dass er mich zwar ganz nett findet, aber sein Herz für eine andere schlägt“.
„Ah, verstehe! Und diese Ungewißheit läßt dich jetzt ruhig schlafen?“, fragt die Mutter.
„Genau, Mama. Denn jetzt befindet sich der Prinz meiner Träume für mich in einer Superposition, in einem Zwischenzustand. Denn ich weiß nicht, was er mir geschrieben hat. Das eröffnet mir heute Nacht die Möglichkeit, alles in rosarot zu träumen“.
Sie, als Mutter, lächeln jetzt und sagen vielleicht: „ Ach mein Kind, ich wußte gar nicht, dass Physik so romantisch sein kann. Dann Gute Nacht und träum’ süß“.
@Rainer Kunze
Sie irren. Bei Schrödingers Katze geht es eben nicht um die klassische Situation der Ungewissheit. Klassisch ist die Katze lebendig oder tot. Wir wissen nur nicht, in welchem Zustand sie ist. Quantenmechanische Überlagerungszustände sind dagegen nicht-klassische Zustände, die weder in dem einen noch in dem anderen Zustand sind. Diese Überlagerungen werden durch gewisse Messvorgänge auf einen der klassischen Zustände projiziert. Andere Messvorgänge können die Überlagerung erhalten.
Klassische Zustände
Sie schreiben, dass nicht-klassische Zustände Phänomene seien, die weder in dem einen … Zustand seien. Genau das kann man als Kontingenz bezeichenen. Unter differenztheoretischen Prämissen erzeugt jede Beobachtung durch das logische Kalkül “draw a distinction” einen klassischen Zustand. Die Rolle des Beobachters in der Quantentheorie kann hier durchaus in Analogie zum Beobachter in der Differenztheorie gesetzt werden. Die Superposition in der sich Schrödingers Katze befindet wird erst durch Beobachtung in eine klassische binäre Position gebracht. Auch dies kennt der Volksmund: ” bei Nacht sind alle Katzen grau”….