Schrödingers Katze

John Gribbin: "Auf der Suche nach Schrödingers Katze"
John Gribbin studierte Physik und Astronomie und war Mitarbeiter bei "Nature", "New Scientist" und
der "Times". Er lehrte und forschte an der University of Sussex. Eines der Anlässe zum Schreiben
dieses Buchs war die Bestätigung des als Einstein-Podolsky-Rosen-Paradoxon bekannten Effekts.
In der ursprünglichen Formulierung ihres Gedankenexperiments versuchten Einstein, Podolsky und
Rosen nachzuweisen, dass die quantenmechanische Beschreibung der physikalischen Wirklichkeit
unvollständig sein müsse. Bei dem Experiment wird ein System aus zwei Teilchen betrachtet, die
anfänglich direkt miteinander wechselwirken und sich darauf weit voneinander entfernen. Ein
solches System wird durch einen einzigen, speziellen quantenmechanischen Zustand beschrieben.
Die beiden Teilchen befinden sich in einem speziellen verschränkten Zustand. An den räumlich
getrennten Teilchen werden zwei komplementäre Messgrößen betrachtet. Die gleichzeitige exakte
Bestimmung dieser Messgrößen müsste nach der Heisenbergschen Unbestimmtheitsrelation
unmöglich sein. Das durchgeführte Experiment hat die Quantenmechanik als eine nichtrealistische
und nicht lokale Theorie, also als eine nicht-klassische Theorie bestätigt.
Eine der Hauptaussagen der Quantenmechanik ist, dass also nicht alle Messwerte vor einer Messung
feststehen, sondern erst durch eine Messung real werden. Der Beobachter beeinflusst direkt die
Messung. Sehr gut kann man diesen Sachverhalt mit dem Doppelspaltexperiment verdeutlichen.
Wird ein Elektronenstrahl durch zwei Schlitze auf einen dahinter stehenen Schirm abgeschossen,
entsteht ein Wellenmuster wie bei einem Lichtstrahl. Die Elektronen verteilen sich auf dem Schirm
gemäß einer Wahrscheinlichkeitsfunktion, die das Wellenmuster beschreibt, sogar wenn sie einzeln
abgeschossen werden. Will man allerdings nachschauen, durch welchen Schlitz die einzelnen
Elektronen hindurchgekommen sind, entsteht kein Wellenmuster sondern ein Muster aus 2 Streifen
entsprechend der Schlitze. Eine kurze Zusammenfassung mit Animation ist unter folgendem Link zu
finden: http://www.youtube.com/watch?v=FwBb9rSOVdo
Ein weiteres Gedankenexperiment, dass die Eigenartigkeit der Quantenmechanik veranschaulicht, ist
als Schrödingers Katze in die Geschichte eingegangen. Der Versuchsaufbau ist folgender. In einem
Karton befindet sich eine Ampulle mit Giftgas sowie eine radioaktive Substanz. Zerfällt die
radioaktive Substanz, wird ein Mechanismus ausgelöst, das die Ampulle zerbricht. Eine mit im Karton
eingeschlossene Katze würde durch das Giftgas sterben.
Klassische Vorstellung würde davon ausgehen, dass die Katze entweder tot (wenn die Substanz
zerfallen ist) oder lebendig ist(wenn die Substanz nicht zerfiel). Quantenmechanisch ist die Substanz
und somit auch die Katze aber in einem verschränkten Zustand (also sowohl lebendig als auch tot)
solange wir keine Messung durchführen, d.h. in diesem Fall so lange wir nicht nachschauen.
Um diesen Sachverhalt in der Quantenmechanik zu interpretieren gibt es zwei Möglichkeiten:
1) Nichts ist real, solange wir es nicht beobachten.
Wie weiter oben beschrieben, so lange keine Messung durchgeführt worden ist, haben Teilchen
bestimmte Eigenschaften noch gar nicht. Im Falle des Doppelspaltexperiments sind die Elektronen
nicht real, solange wir sie nicht durch eine Messung zwingen, real zu werden. Das ist der Fall, wenn
sie auf die Photoplatte aufprallen und an einem bestimmten Punkt zu sein haben oder wenn wir
eben nachschauen, durch welches Loch sie fliegen. Zwingen wir sie nicht, so können sie überall sein
und somit auch anscheinend durch beide Löcher gehen und mit sich selbst interferieren. Dies führt
zur Theorie des einzigen Ich-Beobachters. Das Experiment mit der Katze im Karton kann man aber
noch erweitern. Es gibt zwei Möglichkeiten, die ich als Beobachter habe - nachzuschauen oder nicht
nachzuschauen. Wenn ich mich als eingeschlossen in einem nicht näher bestimmten System
betrachte und mich als real wahrnehme stellt sich die Frage: "Wer beobachtet mich, dass ich mit
einer der Möglichkeiten real geworden bin?"
2) Alles was möglich ist, ist auch real
Bei dieser Theorie geht es darum, dass beim Kollaps der Wahrscheinlichkeitsfunktion, also bei einer
Messung, nicht eine Möglichkeit zufällig real wird, sondern dass alle real werden. Dabei geht man in
der Theorie davon aus, dass bei jedem Zeitpunkt, in dem Möglichkeiten zur Realität werden sich das
Universum verästelt und in jedem Ast eine der Möglichkeiten real wird. Im Falle der Katze im Karton
würde das heißen, dass im Augenblick des Nachschauens ein Universum, in dem die Katze lebt, und
parallel dazu eines, in dem die Katze tot ist, real werden. Der Begriff parallel ist hier allerdings nicht
wörtlich zu nehmen, die Universen müssten rechtwinklig in allen Dimensionen verästelt werden,
denn sonst könnte man unter Umständen von einem ins andere wechseln. Durch die rechtwinklige
Verästelung ist die einzige Möglichkeit in das andere Universum zu wechseln nur durch eine Reise in
der Zeit rückwärts zum Verästelungspunkt gegeben. Diese Möglichkeit ist nach den heutigen
anerkannten Theorien ausgeschlossen, eine Überprüfung also nicht gegeben.
Quellen: John Gribbin, Auf der Suche nach Schrödingers Katze, 1991, Piper Verlag
Wikipedia (stand 1.10.2013)