Schrödinger's cat: A thought experiment in quantum mechanics - Chad Orzel

Schrödingers Katze: Ein Gedankenexperiment der Quantenmechanik - Chad Orzel

Übersetzung: Daniel Bertram Lektorat: Jo Pi

Der österreichische Physiker Erwin Schrödinger

Austrian physicist Erwin Schrödinger is one of the founders of quantum mechanics,

gehört zu den Begründern der Quantenmechanik,

but he's most famous for something he never actually did:

aber am bekanntesten ist er für etwas, das er nie getan hat:

a thought experiment involving a cat.

Ein reines Gedankenexperiment mit einer Katze.

He imagined taking a cat and placing it in a sealed box

Er stellte sich eine Katze in einer verschlossenen Kiste vor,

with a device that had a 50% chance of killing the cat in the next hour.

zusammen mit einem Gerät, das die Katze mit 50 % Wahrscheinlichkeit

innerhalb der nächsten Stunde töten würde.

At the end of that hour, he asked, "What is the state of the cat?"

Nach einer Stunde fragte er nach dem Zustand der Katze.

Common sense suggests that the cat is either alive or dead,

Unserer Vernunft zufolge müsste sie entweder tot oder lebendig sein,

but Schrödinger pointed out that according to quantum physics,

aber Schrödinger behauptete, dass gemäß der Quantenphysik

at the instant before the box is opened, the cat is equal parts alive and dead,

die Katze direkt vor dem Öffnen der Kiste

gleichzeitig tot und lebendig ist.

at the same time.

It's only when the box is opened that we see a single definite state.

Erst nach dem Öffnen der Kiste können wir einen eindeutigen Zustand erkennen.

Until then, the cat is a blur of probability,

Bis dahin ist die Katze eine unbekannte Wahrscheinlichkeit,

half one thing and half the other.

halb das eine, halb das andere.

This seems absurd, which was Schrödinger's point.

Das scheint absurd, und genau darum ging es Schrödinger.

He found quantum physics so philosophically disturbing,

Für ihn war Quantenphysik philosophisch so verstörend,

that he abandoned the theory he had helped make

dass er seine eigene aufgestellte Theorie aufgab

and turned to writing about biology.

und Schriften über die Biologie verfasste.

As absurd as it may seem, though, Schrödinger's cat is very real.

So absurd es jedoch auch scheinen mag, Schrödingers Katze ist ziemlich echt.

In fact, it's essential.

Sie ist sogar essentiell.

If it weren't possible for quantum objects to be in two states at once,

Wäre es für Quantenobjekte nicht möglich, gleichzeitig zwei Zustände zu haben,

the computer you're using to watch this couldn't exist.

würde der Computer, auf dem Sie das hier anschauen, nicht existieren.

The quantum phenomenon of superposition

Das Quantenphänomen der Überlagerung

is a consequence of the dual particle and wave nature of everything.

ist eine Folge des Welle-Teilchen-Dualismus jeder Materie.

In order for an object to have a wavelength,

Um eine Wellenlänge zu besitzen,

it must extend over some region of space,

muss sich jedes Objekt über einen Teil des Raums ausdehnen,

which means it occupies many positions at the same time.

was bedeutet, dass es zur gleichen Zeit mehrere Positionen einnimmt.

Die Wellenlänge eines auf einen kleinen Raumteil beschränkten Objekts

The wavelength of an object limited to a small region of space

can't be perfectly defined, though.

kann aber nicht vollständig bestimmt werden.

So it exists in many different wavelengths at the same time.

Also hat es viele verschiedene Wellenlängen gleichzeitig.

We don't see these wave properties for everyday objects

Bei Alltagsgegenständen ist dieser Wellenzustand nicht sichtbar,

because the wavelength decreases as the momentum increases.

weil die Wellenlänge mit zunehmendem Impuls abnimmt.

And a cat is relatively big and heavy.

Und eine Katze ist relativ groß und schwer.

If we took a single atom and blew it up to the size of the Solar System,

Würde man ein einzelnes Atom auf die Größe des Sonnensystems aufblasen,

the wavelength of a cat running from a physicist

wäre die Wellenlänge einer rennenden Katze

would be as small as an atom within that Solar System.

so klein wie ein Atom in diesem Sonnensystem.

That's far too small to detect, so we'll never see wave behavior from a cat.

Das ist nicht feststellbar, daher wird die Katze nie einen Wellenverlauf aufweisen.

A tiny particle, like an electron, though,

An einem winzigen Teilchen wie z. B. einem Elektron

can show dramatic evidence of its dual nature.

kann dessen Dualität deutlich nachgewiesen werden.

If we shoot electrons one at a time at a set of two narrow slits cut in a barrier,

Wenn ein Hindernis mit 2 schmalen Spalten mit einzelnen Elektronen beschossen wird,

each electron on the far side is detected at a single place at a specific instant,

kann man dahinter jedes Elektron mit einer genauen Position erfassen,

like a particle.

so wie ein Teilchen.

But if you repeat this experiment many times,

Wenn man dieses Experiment aber oft wiederholt

keeping track of all the individual detections,

und dabei die einzelnen Ergebnisse nachverfolgt,

you'll see them trace out a pattern that's characteristic of wave behavior:

zeichnen diese ein Muster, das typisch für Wellen ist:

a set of stripes - regions with many electrons

eine Reihe von Streifen -- Bereiche mit vielen Elektronen

separated by regions where there are none at all.

getrennt durch Bereiche, in denen es gar keine gibt.

Block one of the slits and the stripes go away.

Wird eine Spalte blockiert, verschwinden die Streifen.

This shows that the pattern is a result of each electron going through both slits

Das zeigt, dass das Muster nur entsteht, wenn jedes Elektron beide Spalten

at the same time.

gleichzeitig durchquert.

A single electron isn't choosing to go left or right

Ein einzelnes Elektron passiert weder die linke

but left and right simultaneously.

noch die rechte Spalte, sondern beide auf einmal.

This superposition of states also leads to modern technology.

Diese räumliche Überlagerung macht moderne Technik erst möglich.

An electron near the nucleus of an atom exists in a spread out, wave-like orbit.

Ein Elektron nahe eines Atomkerns befindet sich in einer wellenartigen Bahn.

Bring two atoms close together,

Führt man zwei Atome nah zusammen,

and the electrons don't need to choose just one atom

müssen sich die Elektronen nicht für ein Atom entscheiden,

but are shared between them.

sondern werden gemeinsam genutzt.

This is how some chemical bonds form.

Auf diese Weise entstehen chemische Verbindungen.

An electron in a molecule isn't on just atom A or atom B, but A+ B.

Ein Elektron in einem Molekül gehört nicht nur zu Atom A oder Atom B, sondern A+B.

As you add more atoms, the electrons spread out more,

Fügt man weitere Atome hinzu, verteilen sich die Elektronen

shared between vast numbers of atoms at the same time.

und werden von vielen Atomen gleichzeitig genutzt.

The electrons in a solid aren't bound to a particular atom

Die Elektronen eines festen Stoffs sind nicht an ein bestimmtes Atom gebunden,

but shared among all of them, extending over a large range of space.

sondern werden weiträumig von allen Atomen geteilt.

This gigantic superposition of states

Diese gewaltige Überlagerung der Zustände bestimmt,

determines the ways electrons move through the material,

wie sich Elektronen durch Stoffe bewegen,

whether it's a conductor or an insulator or a semiconductor.

egal ob Leiter, Isolator oder Halbleiter.

Understanding how electrons are shared among atoms

Über die Elektronenverteilung zwischen den Atomen

allows us to precisely control the properties of semiconductor materials,

kann man präzise die Eigenschaften von Halbleitern überprüfen,

like silicon.

wie z. B. von Silizium.

Combining different semiconductors in the right way

Durch die richtige Kombination von Halbleitern

allows us to make transistors on a tiny scale,

können winzige Transistoren hergestellt werden,

millions on a single computer chip.

Millionen auf einem einzigen Computerchip.

Those chips and their spread out electrons

Diese Chips und deren verbreitete Elektronen

power the computer you're using to watch this video.

versorgen diesen Computer gerade mit Energie.

An old joke says that the Internet exists to allow the sharing of cat videos.

Ein alter Witz besagt, dass das Internet zum Teilen von Katzen-Videos existiert.

At a very deep level, though, the Internet owes its existance

Auf einer tiefgründigen Ebene verdankt das Internet seine Existenz

to an Austrian physicist and his imaginary cat.

jedoch einem österreichischem Physiker und seiner imaginären Katze.