Gedankenexperimente

    • nagafen
      nagafen
      Bronze
      Dabei seit: 05.08.2009 Beiträge: 1.761
      Wisst ihr ein par Interessante?
      Vielleicht sogar mal selber welche aufgestellt?

      Hier ein sehr bekanntes Beispiel. (Man muss nicht unbedingt alles lesen)


      Das Gedankenexperiment besagt: In einem geschlossenen Raum befindet sich ein instabiler Atomkern, der innerhalb einer bestimmten Zeitspanne mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit zerfällt. Der Zerfall des Atomkerns werde von einem Geigerzähler detektiert. Im Falle einer Detektierung werde Giftgas freigesetzt, was eine im Raum befindliche Katze tötet. Gemäß der Quantenmechanik befindet sich der Atomkern nach Ablauf der Zeitspanne im Zustand der Überlagerung (noch nicht zerfallen und zerfallen). Demnach sollte sich, wenn die Quantenphysik auch auf makroskopische Systeme anwendbar wäre, auch die Katze im Zustand der Überlagerung, also lebendig und tot, befinden. Diese Schlussfolgerung erscheint zunächst paradox und wird in der „Kopenhagener Deutung“ wie folgt interpretiert: Beim Öffnen des Raumes und Beobachtung (Messung) springt der Atomkern, der sich zuvor im Zustand der Überlagerung befand, in einen der möglichen Zustände. Grund dafür ist, dass die Wellenfunktion, die den Überlagerungszustand des Teilchens bestimmt hat, im Moment der Beobachtung kollabiert. Erst bei der Messung durch einen bewussten Beobachter entscheidet sich also, ob die Katze tot oder lebendig ist. Vor der Messung kann keine Aussage über den Zustand der Katze getroffen werden. Vertreter der Ensembletheorie würden sich 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. Als Alternative zur Kopenhagener Interpretation wurde die Theorie der Dekohärenz entwickelt. Danach verschwinden die Überlagerungen des Zustandes von makroskopischen Objekten (wie Katzen) in dem Augenblick, in dem Wechselwirkungen mit der Umgebung im Bereich eines Wirkungsquantums auftreten. Die Wellenfunktion kollabiert demnach nicht erst durch die Beobachtung (wie in der Kopenhagener Deutung), sondern bereits durch die Wechselwirkungen des Systems mit der Umwelt. Das Einsperren in eine Kiste zur Vermeidung dieser Wechselwirkung (Messung) ist völlig unzureichend. Allein das Verlagern des Schwerpunkts der Katze stellt eine Wechselwirkung mit der Umgebung dar, die um einen Faktor > 1025 zu groß ist, um die Wellenfunktion nicht kollabieren zu lassen. Mit der Dekohärenztheorie lässt sich Schrödingers Experiment physikalisch korrekt und im Rahmen der gewohnten Beobachtungsweisen (Katzen befinden sich normalerweise nie in einer kohärenten Überlagerung von Tot- und Lebendigsein) beschreiben. Eine reale Katze lebt in der Regel in einer Umwelt, die beispielsweise das Gasgemisch der Atemluft umfasst. Diese Teile der physikalischen Welt bilden eine komplexe Umgebung, deren Eigenschaften nicht mehr detailliert (mikroskopisch) beschrieben werden können, sondern allenfalls über makroskopische Eigenschaften wie etwa die Temperatur. In solchen Umgebungen sind kohärente Überlagerungen von „großen“ Objekten wie Katzen praktisch nicht mehr beobachtbar: Nur in extrem isolierten Systemen, vor allem solchen mit sehr wenigen Teilchen, können derartige Quanteneffekte mit größeren Objekten (zum Beispiel ganzen Molekülen) direkt beobachtet werden.
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