Query: Was bedeutet Schrödingers Katze?

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Bei Schrödingers Katze handelt es sich um ein Gedankenexperiment aus der Physik, das 1935 von Erwin Schrödinger beschrieben wurde, um einen wesentlichen Schwachpunkt der Kopenhagener Interpretation der Quantenmechanik in Bezug auf die physikalische Realität aufzuzeigen. Es problematisiert die Kopenhagener Deutung der Quantenphysik (die direkte Übertragung quantenmechanischer Begriffe auf die makroskopische Welt) in Form eines Paradoxons. Das Paradoxon besteht erstens darin, dass in dem Gedankenexperiment eine Katze in einen Zustand gebracht wird, in dem sie nach der Kopenhagener Deutung gleichzeitig „lebendig“ und „tot“ ist. Zweitens würde, ebenfalls nach der Kopenhagener Deutung, dieser unbestimmte Zustand so lange bestehen bleiben, bis er von einem Beobachter untersucht wird. Dann erst würde die Katze auf einen der Zustände „lebendig“ oder „tot“ festgelegt. Beides widerspricht der Anschauung und Alltagserfahrung mit makroskopischen Dingen.

Schrödingers Katze (engl. "Schrödinger's Cat" – nach Erwin Schrödingers Gedankenexperiment "Schrödingers Katze") ist eine Roman-Trilogie von Robert Anton Wilson. Sie besteht aus den Bänden: Hauptthema der Trilogie ist die Viele-Welten-Interpretation der Quantenmechanik. Jeder Band spielt in einem anderen Paralleluniversum, das sich leicht von dem der beiden anderen unterscheidet. Mit der Handlung parodiert der Autor gleichzeitig verschiedene Verschwörungstheorien in der Gestalt verschiedener Geheimbünde und Geheimdienste, die mittels Desinformation und Mehrfachagenten aus dem Hintergrund die Geschicke der Welt lenken. Dies ist eine Parallele zur Roman-Trilogie "Illuminatus!," die er zusammen mit Robert Shea verfasste. Aus diesem Werk übernahm er außerdem einige Charaktere.

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Als Ergebnis dieser Eigenschaft wird der obige Zustand oft als "gerader" Katzenzustand bezeichnet. Alternativ kann man einen "ungeraden" Katzenzustand mit definieren, der nur ungerade Fock-Zustände enthält

In der Kopenhagener Deutung der Quantenmechanik erfolgt im Moment der Messung ein Kollaps der Wellenfunktion des gemessenen Systems. Beim Öffnen des Raums und Beobachtung seines Inneren (Messung) springt der Atomkern, der sich zuvor im Zustand der Überlagerung befand, in einen der zu diesem Messapparat gehörenden Eigenzustände. Erst bei der Messung (hier durch einen äußeren Beobachter) entscheidet sich also, ob die Katze tot oder lebendig ist. Vor der Messung kann über den Zustand der Katze lediglich eine Wahrscheinlichkeitsaussage getroffen werden. Der Messvorgang selbst wird dabei wie in der klassischen Physik beschrieben.

In dem Gedankenexperiment befinden sich in einem geschlossenen Kasten eine Katze und ein instabiler Atomkern, der innerhalb einer bestimmten Zeitspanne mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit zerfällt. Der Zerfall löst mittels eines Geigerzählers die Freisetzung von Giftgas aus, welches die Katze tötet.

Konkreter Spezialfall ist der "Katzenzustand" als Zustand in einem Register eines Quantencomputers, der aus der Überlagerung der beiden Zustände besteht, bei denen alle Qubits |0⟩ bzw. alle |1⟩ sind. In der Bra-Ket-Notation wird er als proportional zu |00…0⟩ +|11…1⟩ geschrieben.

Gemäß der Dekohärenztheorie tritt die von Schrödinger beschriebene Situation in der Realität nicht ein, da es bei makroskopischen Systemen immer zu einer Unterdrückung der Kohärenzeigenschaften des quantenmechanischen Zustands kommt. Der gegenseitige Austausch weniger Photonen der Wärmestrahlung zwischen der Umgebung, der Wand des Kastens und der Katze würde bereits aufgrund innerer thermischer Wechselwirkungen in kürzester Zeit zur vollständigen Dekohärenz der makroskopischen Zustände führen. Dadurch findet nach extrem kurzer Zeit ein effektiver Kollaps der Wellenfunktion im Sinne der Kopenhagener Deutung statt. Die Dekohärenztheorie nimmt damit ernst, dass die Vergiftungsapparatur und die Katze makroskopische Objekte sind, die auf irreversible Weise nicht erst auf den „Messprozess“ durch das Öffnen des Kastens reagieren, sondern direkt auf die ersten unmittelbaren Auswirkungen des atomaren Zerfalls.

Vertreter der Ensembletheorie würden das Gedankenexperiment auf eine Gesamtheit von Systemen beziehen (also mehrere Kästen mit Katzen): Nach einem bestimmten Zeitintervall sind dann die Hälfte aller Katzen tot und die andere Hälfte lebendig. Hier greift das empirische Gesetz der großen Zahlen, d. h. je öfter man dieses Experiment durchführt, desto sicherer ist es, dass die relative Häufigkeit sich der theoretischen Wahrscheinlichkeit annähert.

Eyckhoff lernt den Quantenphysiker Adam Millner aus Montreal kennen, mit dem sie sich später zum Abendessen trifft. Im Gespräch kommen die beiden auf das Gedankenexperiment "Schrödingers Katze" des Physikers Erwin Schrödinger. Weil am Unfallort auch ein Karton mit Katzengeruch sichergestellt wurde, vermutet Eyckhoff einen Zusammenhang zwischen der Katze Pandora und dem Unfall, und Vicky Neumanns Fingerabdrücke befinden sich auch tatsächlich auf dem Karton.

Schrödinger argumentiert nun, dass – "wenn" die Quantenphysik auch auf makroskopische Systeme anwendbar wäre – nicht nur der Atomkern, sondern auch die Katze in einen Zustand der Überlagerung geraten müsste. Diese Überlagerung würde erst beendet, wenn jemand den Kasten öffnet und den Zustand der Katze überprüft. Dies stellt eine Messung dar, die entweder das Ergebnis „tot“ oder „lebendig“ feststellt. Bis dahin wäre die Katze also lebendig "und gleichzeitig" tot. Diese Schlussfolgerung erscheint paradox.