Fragestellung: In der Quantenphysik ist vieles möglich, was in der Alltagswelt undenkbar ist.
Beispiele sind:
- Elektronen, die unüberwindliche Hindernisse „durchtunneln“,
- Atome, die sich an mehreren Orten gleichzeitig befinden,
- Paare von Photonen, die auf geisterhafte Weise so miteinander verschränkt sind, dass sie sich auch über große Distanzen hinweg wie unzertrennliche Zwillinge verhalten
Lassen sich diese Verhaltensweisen auch auf makroskopische Objekte übertragbar?
Eine amerikanische Forschergruppe hat die für Quantenobjekte typische Überlagerung von Zuständen erstmals bei einem mechanischen Oszillator beobachtet, der mit bloßem Auge sichtbar ist.

Schrödingers Katze: In einem Paradoxon wirft er die Frage auf, warum quantenmechanische Teilchen gleichzeitig mehrere Zustände annehmen können, eine Katze aber nicht. Schrödinger ersann ein Gedankenexperiment, in dem das Leben des Tiers, das in einer Kiste eingesperrt ist, von einem radioaktiven Präparat abhängig wird. Sobald der radioaktive Zerfall eintritt, wird eine giftige Substanz freigesetzt. Allerdings lässt sich nach den Gesetzen der Quantenphysik nicht sagen, ob der radioaktive Zerfall tatsächlich stattgefunden hat. Die beiden Zustände vor und nach dem Zerfall sind gleichberechtigt überlagert. Nach der Halbwertszeit eines Atoms ist die Katze somit zu fünfzigprozentiger Wahrscheinlichkeit tot oder lebendig. Die paradoxe Zwitterexistenz wird man bei einer echten Katze freilich nur schwer beobachten können. Dazu ist selbst ein Einzeller ein viel zu komplexes System. Deshalb demonstriert man quantenmechanische Überlagerungszustände gewöhnlich an Ionen oder größeren Molekülen.

Das Experiment: Den Forschern um Andrew Cleland von der University of California in Santa Barbara ist mit ihrem Experiment nun ein großer Wurf gelungen. Ihre „Schrödinger-Katze“ war ein 40 Mikrometer langer und einen Mikrometer dicker spezieller mechanischer Oszillator, den sie über einen Kondensator mit einer supraleitenden Leiterschleife koppelten. Diese wies eine Besonderheit auf: Während in herkömmlichen Leiterschleifen der elektrische Strom entweder nur links- oder nur rechtsherum laufen kann, floss er in den supraleitenden Aluminiumdrähten in beide Richtungen gleichzeitig. Da man die eine Stromrichtung als Zustand „0“ und die andere als Zustand „1“ interpretieren kann, wird die Leiterschleife zu einem quantenmechanischen System mit zwei Energieniveaus, zu einem Qubit.

Das Ziel von Cleland und seinen Kollegen war es nun, die Energiezustände des Quantenbits auf den Oszillator zu übertragen. Dazu musste das Bauteil zunächst in einen Zustand gebracht werden, bei dem es absolut ruhte, also kein „Phonon“ trug, wie man das elementare Schwingungsquant nennt. Ein extrem schwieriges Vorhaben, da trotz starker Kühlung stets eine gewisse thermische Energie vorhanden ist, die jegliche Quanteneffekte unterdrückt oder zerstört. Cleland und seine Kollegen nutzten den Umstand, dass der Oszillator durch seine spezielle Bauweise bei Raumtemperatur eine extrem hohe Resonanzfrequenz von sechs Milliarden Hertz (Gigahertz) besaß. Da die Temperatur linear von der Frequenz abhängt, genügte deshalb schon eine vergleichsweise moderate Temperatur von einem zehntel Grad über dem absoluten Nullpunkt dazu, den Resonator in den Grundzustand zu bringen - eine Temperatur, die man mit herkömmlicher Kühltechnik erreicht. Dass der gekühlte Oszillator tatsächlich im Grundzustand war, erkannten die Forscher daran, ob in der supraleitenden Leiterschleife ein Strom floss oder nicht.

Anschließend versetzten Cleland und seine Kollegen die Leiterschleife in den Zustand „1“. Diese Anregung übertrug sich auf den Oszillator, der nach wenigen Nanosekunden ebenfalls in einem angeregten Zustand - bestehend aus einem Phonon - war. Anschließend kehrte die Anregung wieder auf die supraleitende Leiterschleife zurück. Bis zu fünfmal wiederholte sich der Vorgang, bis das Phonon schließlich ausstarb. Anschließend ließ man den Strom in der Leiterschleife gleichzeitig links- und rechtsherum zirkulieren, was einer quantenmechanischen Überlagerung von Grundzustand und angeregtem Zustand entsprach. Auch diese Prüfung bestand der Oszillator. Der Zwitterzustand übertrug sich nach kurzer Zeit auf das Bauteil mit dem paradoxen Ergebnis, dass der Oszillator gleichzeitig in Ruhe war und schwang. Damit hatten die Forscher offenkundig eine „Schrödinger-Katze“ verwirklicht berichten. Der Schwebezustand hielt allerdings nur so lange an, wie niemand den Zustand des Oszillators untersuchte. Denn jede Messung hätte die Überlagerung zerstört und den Oszillator auf einen der beiden Zustände festgelegt. Es zeigte sich obendrein, dass bei den Versuchen der Resonator und das Quantenbit so miteinander verschränkt waren, wie man es gewöhnlich nur bei Photonen oder Atomen beobachtet.
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Ich habe den Artikel in der FAZ (online) und die Kommentare dazu auch gelesen.
Die Materie ist viel zu schwierig, um sie als mathematisch nicht geschulter Laie nur ansatzweise verstehen zu können. Ich frage mich, an wen sich nun dieser Thread wendet. Die einschlägig Bewanderten lassen auf sich warten… Ich bin sehr neugierig auf die ersten kompetenten Beiträge.

Zuvor hier meine Laienmeinung, mit der ich allerdings versuche, mir möglichst keinen „dicken Hund“ zu leisten:

Eines habe ich allerdings schon nachvollziehen können: Die mikroskopische und die makroskopische Welt unterscheiden sich grundlegend voneinander. Schrödinger hatte sein gedankliches Katzenexperiment entwickelt, um aufzuzeigen, dass eine Übertragung der Quantenmechanik auf die Makrowelt keineswegs möglich sei, weil die Welt sonst absurd erschiene. Definitive Seins-Zustände (Teilchen oder Welle) und Verortungen in der Quantenwelt entscheiden sich erst durch die jeweiligen Messungen – also, philosophisch ausgedrückt, durch die Anwesenheit eines Beobachters, der eine eindeutige Entscheidung über den Zustand und Ort des Beobachteten trifft. Bis dahin treten all die Effekte auf, die in der Alltagswelt als absurd erscheinen würden.

Die inzwischen dennoch durchgeführten einschlägigen Experimente im Makrobereich haben zum Ziel, die quantenphysikalischen Möglichkeiten (Überlagerung von Seinszuständen) im Alltag nutzbar zu machen – und scheinen damit erste Erfolge zu erzielen bzw. sich diesen anzunähern. – Wie das funktionieren kann, entzieht sich meinem Verständnis. Allerdings gilt auch hier das Prinzip, dass unmittelbare, resultatscharfe Überprüfungen den Erfolg zunichtemachen würden. Es ist ja das in Schwebe-Bleiben des Istzustandes (Überlagerung), das für die Lösung bisher unlösbarer Aufgaben eingesetzt werden soll – Stichwort: (z. B.) Quantencomputer.

Es ist wahnsinnig spannend – aber leider, wie schon gesagt – nur mit mathematisch geschulten Wissen einigermaßen „vorstellbar“ ? Nein, nicht einmal damit. Wie mir ein Mathematiker mal versichert hat: Es geht in diesem Bereich nicht (mehr) um Vorstellungen – weil diese sich auf die menschlichen Sinne beziehen, mit denen hier nichts mehr zu bewerkstelligen ist. Es geht also nur um Messungen und Berechnungen.

Würde dieser Thread im Philoforum stehen, könnte ich mir weitere Gedanken machen. Aber hier im Wissenschafts-/Technikforum ist eindeutig Feierabend für mich.

Viel Spaß noch mit dem Thema!

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Twente, mich hatte eben die Überschrift neugierig gemacht :oops:
nur ich finde auch, das versteht man alles nicht so wirklich wenn man sich mit Quantenphysik nicht intensiv jemals befasst hat ... :(
aber eben fand ich diesen Artikel hier dazu:
> Wie fett ist Schrödingers Katze? :wink:

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Hallo Foxifix, den Sternartikel (2006) habe ich auch gelesen. Den aus der FAZ finde ich allerdings ein wenig seriöser und vor allem ist er brandaktuell:

http://www.faz.net/aktuell/wissen/physi ... 69495.html

Gruß,
Twente


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Hallo Twente, auch da hab ich rein geschaut, und mir auch das Video angesehn das es zum Thema gibt ... aber mein neues Hobby wird die Quantenphysik ganz sicher nicht mehr in diesem Leben. :wink:
Ich widme mich dann mal lieber meiner wirklich quicklebendigen Katze, die übrigens nicht Schrödinger heißt, und bin dann wech hier.

Dir ein schönes WE, und dem Professor Dick auch :wink:
Ich verstehe das nicht und kann es nicht nachvollziehen, Twente hat sich redlich bemüht, das Thema vermittelbarer zu machen, aber was mich angeht..ich verstehe es immer noch nicht.

Ausser vielleicht, dass das Auge des Betrachters ( die Versuchsanordnung) den Anschein des Betrachteten (das Ergebnis) vermeintlich erhärtet und untermauert, aber kaum ändert man den Versuch, (den Blickauf das zu Betrachtende) ändert sich das Ergebnis...es ergibt sich was anders Erscheinendes, ein anderes Bild.

Der ´Zwitter-Zustand` wo beides gleichzeitig geschieht und erscheint, ist nur so lange stabil, als er sich ausserhalb der Betrachtung ereignen darf, der Nachweisbatkeit entfleucht...

Wenn das jetzt so wäre,
Wie ich mir´s erkläre,

dann frage ich mal: wozu???
Das spannende für mich an dieser Art Experimenten ist, dass allein die Beobachtung bereits das Ergebnis beeinflusst. 
Und die Vorstellung der verschränkten Teilchen übertragen auf meinen Seins-Zustand: kann es mich in einem Paralleluniversum geben und beeinflussen beide Existenzen einander? Wie ist es dann um die Willensfreiheit bestellt?
Und wenn man auf Quantenebene Information speichern kann, wie ist es dann um die millionen Atome bestellt, aus denen ein Organismus aufgebaut ist.
In der  Epigenetik ist ja schon beschrieben worden, dass das was das Individuum erlebt in den Genen gespeichert werden kann und so an die nächste Generation weiter gegeben wird.
Wenn das auf Quantenebene ebenfalls statt fände, dass heißt, dass die Atome aus denen ein Organismus aufgebaut ist, Informationen über dessen Existenz hinaus speichert, wow, das wäre unglaublich. 

Naja und wer weiß, was ein Quantencomputer an weiterer technologischer Entwicklung ermöglicht. 
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Zum besseren Verständnis der Materie habe ich hier einen Auszug
von der Website Dieter Wunderlich – Buchtipps, zum Buch:
„Peter Atkins: Galileos Finger. Die zehn großen Ideen der Naturwissenschaft“ ,
Auszug zur Quantentheorie:

>> Quanten. Die Vereinfachung des Verstehens:

Wellen verhalten sich wie Teilchen, und Teilchen verhalten sich wie Wellen
Bisher haben wir uns nur am Rand der Quantentheorie entlang bewegt, haben nur einen Zeh in dieses gefährlich verseuchte Becken getaucht. Nun ist es Zeit, hineinzuspringen. (Seite 279)
Die Quantentheorie wurde von Max Planck (1858 – 1947) widerstrebend entwickelt. Ein Vortrag von ihm vor der Deutschen Physikalischen Gesellschaft am 14. Dezember 1900 gilt als Geburtsstunde der Quantentheorie. Kernpunkt ist die Beobachtung, dass Strahlungsenergie nicht stufenlos, sondern in nicht weiter teilbaren Portionen (Quanten) emittiert bzw. absorbiert wird. Energie – so Peter Atkins – ist also eher körnig als geschmeidig, besser mit Sand als mit Wasser vergleichbar. Damit hebelte Max Planck die klassische Physik aus, deren Gedankengebäude durch die Falsifizierung der Annahme kontinuierlich ab- und zunehmender Energiemengen einstürzte. Fünf Jahre später zeigte Albert Einstein (1879 – 1955), dass Lichtstrahlen als Teilchenströme aufgefasst werden können (fotoelektrischer Effekt).

Louis-Victor Duc de Broglie stellte 1924 das berühmte Paradoxon auf, demzufolge sich Elementarteilchen ebenso gut als Welle beschreiben lassen. Teilchen und Strahlung, Materie und Welle sind wohl nur verschiedene Konstrukte.

Die Wechselwirkung zwischen der Messung einer teilchenartigen Eigenschaft (Position) und der Bestimmung einer wellenartigen Eigenschaft (Impuls) wurde 1927 von Werner Heisenberg aufgezeigt (Heisenbergs Unschärferelation): Je kürzer die Wellenlänge des Lichts ist, mit dem wir die Position eines Teilchens bestimmen, desto genauer wird die Messung. (Unterschiedliche Wellenlängen sind auch die Ursache dafür, dass wir einen Schall erzeugenden Gegenstand optisch genauer als akustisch orten können.) Mit der Frequenz steigt jedoch auch der Impuls der Photonen, der auf das untersuchte Teilchen übertragen wird. In dem Maße, wie wir die Messung der Teilchen-Position verbessern, verschwimmt also unser Wissen über seinen Impuls.
Das genaue Wissen darüber, wo sich ein Teilchen befindet, schließt jede Möglichkeit aus, seinen Impuls festzustellen. Die Unschärferelation scheint nahezu die quantentheoretische Version des Sich-Verirrens zu sein: Entweder weiß man, wo man ist, aber nicht, wohin man geht, oder man weiß, wohin man geht, aber nicht, wo man ist. (Seite 305)
Laut Peter Atkins entsprechen Position und Impuls zwei verschiedenen Sprachen, die nicht gleichzeitig benutzt werden dürfen.

Die Welt entspricht einfach nicht dem Bild, das die klassische Physik und unser gesunder Menschenverstand erwarten lassen.

[...] Wenn wir versuchen, beide Sprachen gleichzeitig zu benutzen (wie es die klassische Physik tut und jene, die sich von deren Grundsätzen leiten lassen, es noch immer versuchen), können wir erwarten, in einen schrecklichen Wirrwarr zu geraten, genauso als wollten wir versuchen, die englische und die japanische Sprache in einem Satz zu vermischen. (Seite 313)

Abschließend noch eine launige Aussage von Peter Atkins zur Quantentheorie im Allgemeinen:

Obwohl wir die Theorie sehr geschickt und kompetent einsetzen können und trotz 100-jährigen Meinungsaustauschs kennt niemand genau die Bedeutung des Ganzen. Gleichwohl hängen nach Schätzungen 30 Prozent des Bruttoinlandprodukts der USA in irgendeiner Form von der Anwendung der Quantenmechanik ab. Für eine Theorie, die keiner versteht, ist das gar nicht so schlecht. Man denke nur an das Wachstumspotenzial und die Steigerungsmöglichkeit der Lebenserwartung (und im Gegenzug auch an die Möglichkeit, durch die Entwicklung von Waffen auf quantentheoretischer Grundlage diese Lebenserwartung wieder rapide herabzusetzen), zu denen es möglicherweise kommen kann, wenn wir diese Theorie erst einmal verstehen. (Seite 280) <<


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Ich meine, die Quantentheorie ist doch nicht so schwierig. Dazu das Gleichnis von den Blinden und dem Elefanten:

Es waren einmal fünf weise Gelehrte. Sie alle waren blind. Diese Gelehrten wurden von ihrem König auf eine Reise geschickt und sollten herausfinden, was ein Elefant ist. Und so machten sich die Blinden auf die Reise nach Indien. Dort wurden sie von Helfern zu einem Elefanten geführt. Die fünf Gelehrten standen nun um das Tier herum und versuchten, sich durch Ertasten ein Bild von dem Elefanten zu machen.

Als sie zurück zu ihrem König kamen, sollten sie ihm nun über den Elefanten berichten. Der erste Weise hatte am Kopf des Tieres gestanden und den Rüssel betastet. Er sprach: "Ein Elefant ist wie ein langer Arm." Der zweite Gelehrte hatte das Ohr des Elefanten ertastet und sprach: "Nein, ein Elefant ist vielmehr wie ein großer Fächer." Der dritte Gelehrte sprach: "Aber nein, ein Elefant ist wie eine dicke Säule." Er hatte ein Bein des Elefanten berührt. Der vierte Weise sagte: "Also ich finde, ein Elefant ist wie eine kleine Strippe mit ein paar Haaren am Ende", denn er hatte nur den Schwanz des Elefanten ertastet. Und der fünfte Weise berichtete seinem König: " Also ich sage, ein Elefant ist wie eine riesige Masse, mit Rundungen und ein paar Borsten darauf." Dieser Gelehrte hatte den Rumpf des Tieres berührt.


So ähnlich ist es mit der Materie bis ins 19. Jahrhundert. Entweder Welle (zB. Licht) oder Teilchen (zB. Elektron). Dazu auch getrennte, völlig unterschiedliche Beschreibungen. Materie ist aber Beides zugleich, wie der Elefant. Licht hat auch Teilchencharakter und eine Elektron auch Wellencharakter. Es ist ein wesentlicher Verdienst der Quantentheorie, hierfür eine einheitliche Betrachtung geliefert zu haben. Sie liefert uns ein Bild vom Elefanten, damit wir sehen können, wie er ausschaut. Und nicht nur an Teilen herumtasten.
Trotz der 100 Jahre ist man noch bei weitem nicht fertig. Vor kurzem hat man entdeckt, dass sich Heisenberg bei seinem schönen Beispiel etwas verrechnet hat (nur beim Beispiel; die Unschärferelation gilt natürlich!).

Ich finde das unheimlich spannend. Was die Atome so treiben, ist uns zumeist egal. Aber ein Oszillator, der mit bloßem Auge sichtbar ist und sich so seltsam verhält! Gleichzeitig in Ruhe und schwingend. Und das ist ja noch nicht das Ende!
Wie heißt es so schön: Bei Nacht sind alle Katzen grau.
Wozu also Schrödingers Katze genauer betrachten?
In dem folgenden Link (die Liste ist schon unvollständig zu lang) finden sich einige Anwendungen.
http://de.wikipedia.org/wiki/Quantenphysik
Darunter der Transistor: sobald Ihr alles, was auf "Elektronik" basiert und damit Transistoren nutzt, aus Eurem Haus, Garten und Garage entfernt, seht Ihr, was ohne Quantenphysik noch geht: so gut wie nichts.
Also gleichgültig, welches der Geräte Ihr öffnet, überall miaut die arme Katze. Glücklicherweise kann sie an allen Orten gleichzeitig sein.
Ich verabscheue solche Tierversuche.
In der Tat ganz furchtbar. Und erst der Transport. In nullkommanix über hundert Kilometer teleportiert! Das arme Tier muss dringend in tierpsychologische Behandlung.
Lieber Prof. Dick :wink:
Physik und auch Chemie sind allgegenwärtig im Leben, das lernten selbst wir schon in der Schule, die Quantenphysik allerdings ist doch sehr speziell und anscheinend dein Spezialgebiet und nicht nur ein Hobby von dir, stimmts?
Vielleicht rückst mal damit raus, bitte. :wink:
Mein Katz jedenfalls kommt nicht in nen Karton, nicht für ein Experiment und auch sonst nicht. Der geht höchstens freiwillig rein in nen mal rum stehenden geleerten Karton, aus lauter Neugier, und das ist gut so.
Warum der das macht? Frag vielleicht wirklich mal nen Tierpsychologen so du einen zufällig kennst, soviele gibts davon sicher nicht, erst recht nicht Quantenphysiker wahrscheinlich .
So hat eben jeder mitunter sein Fachgebiet, und Andere sind absolute Laien darin.

Schönen Tag dir und Allen hier, und wahrscheinlich wird es wieder recht warm,
und das sogar und gerade auch ganz ohne Wahrscheinlichkeitsrechnung. :wink:
Alles nur Hobby. Ich war Jahrzehnte in der IT als "Manager".
Die größten intellektuellen Anstrengungen im Berufsleben waren immer die Powerpoints für Kundenpräsentationen oder die "Financial Reviews". Da war wirklich Kreativität gefragt.
Foxifix hat geschrieben: Frag vielleicht wirklich mal nen Tierpsychologen so du einen zufällig kennst, soviele gibts davon sicher nicht, erst recht nicht Quantenphysiker wahrscheinlich .


PS: 99% aller bisher existierenden Mathematiker leben noch. Bei den Quantenphysikern dürften es noch mehr sein.
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