Schrödingers Katze: Das weltberühmte Experiment einfach erklärt

Schrödingers Katze ist neben Physik-Nerds auch manchen Serien-Fans ein Begriff. Allerdings ist Quantenmechanik oftmals ein nicht gerade leichtverdauliches Thema, nichtsdestotrotz ist gerade dieses Experiment hochspannend.

Wir erklären deshalb, was hinter dem geflügelten Ausdruck von Schrödingers Katze steckt - einfach und auch viel "normale" Menschen verständlich erklärt. Gerade Fans der Samtpfoten werden staunen, welche Rolle eine Samtpfote und eine Kiste in einem der berühmtesten Kontroversen der modernen Physik spielen.

Naturgesetze im Makro- und im Mikrokosmos

Worum geht es überhaupt bei Schrödingers Katze? Es handelt es sich dabei um ein Experiment, das sich mit den unterschiedlichen physikalischen Gesetzen für den Mikro- und den Makrokosmos beschäftigt. Genauer geht es hierbei um das Gebiet der Quantenmechanik.

Schauen wir uns zuerst im Makrokosmos um. Damit ist all das 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 konkrete Werte. Kater Merlin kann beispielsweise trotz seines zauberhaften Namens nicht gleichzeitig auf dem Sofa und im kuscheligen Bett liegen. Er kann nicht gleichzeitig vier und fünf Kilogramm wiegen.

Doch für den Mikrokosmos und damit für das, was die Quantentheorie beschreibt, gelten diese Regeln nicht. In der Quantentheorie geht es um kleinste Teilchen wie Atome oder Elektronen. Diese können jedoch gemäß den quantentheoretischen Grundlagen an mehreren Orten gleichzeitig sein und verschiedene Eigenschaften besitzen. So kann ein Atom beispielsweise zur gleichen Zeit zerfallen und nicht zerfallen. Quantenphysiker bezeichnen diesen Zustand als „kohärente Überlagerung“.

Schrödingers Katze: ein berühmtes Gedankenexperiment

Klingt seltsam? Genau das wollte der österreichische Nobelpreisträger und Physiker Erwin Schrödinger verdeutlichen. Er erfand 1935 ein Gedankenexperiment, das die unterschiedlichen Gesetze im Makro- und Mikrokosmos auf die Spitze treibt.

Dadurch erlangte er Weltruhm. Zur Beruhigung an besorgte Katzenfans sei gesagt: Schrödingers Katze war rein fiktiv – es hat weder die KIste wirklich gegeben noch kamen hier echte Katzen zum Einsatz. Schrödinger beschreibt seinen fiktiven Versuchsaufbau folgendermaßen.

Versuchsaufbau: Katze tot oder lebendig?

Ein radioaktives Atom, ein Geigerzähler, ein mit diesem verbundener Hammer, ein Glas mit Gift und natürlich eine Katze befinden sich in einer geschlossenen Box. Wenn das radioaktive Atom zerfällt, zeigt der Geigerzähler dies an und aktiviert den Hammer, der das Glas mit Gift zerstört. Das Gift tritt also aus und führt dazu, dass die Katze tot ist, sobald das Atom zerfällt.

Allerdings ist unklar, ob und wann das Atom zerfällt. Gemäß den Regeln der Quantenmechanik befindet sich das Atom jedoch in besagter kohärenten Überlagerung, während wir es nicht beobachten. Experten sprechen dabei von „Superposition“: Es ist weder zerfallen noch nicht-zerfallen.

Erst wenn wir die Box öffnen, sehen wir entweder eine tote oder eine lebendige Katze.

Was will Schrödinger uns mit seiner Katze sagen?

So weit – so verwirrend. Zumindest für den Laien. Denn Schrödinger wollte mit dem fiktiven Versuchsaufbau den Konflikt zwischen Naturgesetzen aus dem Makrokosmos und dem Mikrokosmos aufzeigen. Weil eine Katze kein Quantenobjekt ist, kann sie nicht gleichzeitig tot und lebendig sein – auch nicht, wenn ihr Zustand von einem Quantenobjekt abhängt. Die Gesetze des Makrokosmos regeln eindeutig, dass die Katze zu jedem Zeitpunkt entweder tot oder lebendig sein muss.

Taucht man jedoch tiefer in die Welt der Physik ein, eröffnen sich neue Dimensionen, die auf dem Gedankenexperiment von Schrödingers Katze basieren. So beispielsweise die „Viele-Welten-Theorie“. Sie besagt, dass beide möglichen Zustände real werden: Die Katze stirbt, die Katze bleibt lebendig. Doch diese beiden Realitäten spielen sich in unterschiedlichen Universen ab. Die Folge wären unzählige Paralleluniversen.

Schrödingers Katze in Serien, Spielen und Büchern

Schrödingers Katze gibt Interessierten viel zu grübeln. Mit ihr ist aber ebenso Entspannung möglich: Wer weniger tief in die Quantenphysik eintauchen möchte, kann sich bequem auf dem Sofa lümmelnd mit Schrödingers Katze beschäftigen. Am besten geht das natürlich mit echten Katzen auf dem Schoß!

Schrödingers Katze bietet einige Steilvorlagen zum Schmunzeln. So versucht Physiker Sheldon Lee Cooper in einer Folge der Sitcom The Big Bang Theorie seiner Nachbarin mit Schrödingers Gedankenexperiment Hilfestellung in Beziehungsfragen zu geben:

Auch andere Serien wie Doctor Who und Futurama, PC-Spiele wie World of Warcraft sowie berühmte Autoren wie Douglas Adams und Terry Pratchett verwenden Anspielungen auf die wohl berühmteste Katze nicht nur in Bezug auf die Quantenmechanik, sondern sogar im Hinblick auf die ganze Wissenschaft.