Schrödingers Katze
Schrödingers Katze bezeichnet ein grundlegendes Gedankenexperiment aus der Physik, um ein begriffliches Problem der Quantentheorie hinsichtlich ihrer Beziehung zur Realität zu verdeutlichen. Mit dem mathematischen Formalismus der Quantenmechanik kann man nämlich, wenn der quantenmechanische Zustand eines physikalischen Systems genau bekannt ist, den späteren Zustand nach einer bestimmten Zeit ebenso genau vorhersagen. Aber aus dieser Kenntnis des Zustands erhält man für den Wert einer physikalischen Größe in vielen Fällen nur die Vorhersage einer unscharfen oder „verwaschenen“ Wahrscheinlichkeitsverteilung verschiedener möglicher Messergebnisse. Mit allen diesen Werten muss nach der weitverbreiteten Kopenhagener Interpretation der Quantenmechanik die betreffende Größe gleichzeitig im System vorgelegen haben, wobei erst durch den Akt der Messung entschieden wird, welcher Wert nun in der Realität gilt.
Ein einfaches Beispiel ist die Wellenfunktion für ein punktförmiges Elektron, sei es in einem Elektronenstrahl, der auf einen Leuchtschirm trifft, oder innerhalb eines Atoms. In jedem Fall ist die Wellenfunktion räumlich ausgedehnt, ein Elektron zeigt sich bei Messung des Orts aber immer nur an einem Punkt. An welchem Punkt das sein wird, dafür lässt sich aus der Wellenfunktion nur eine Wahrscheinlichkeitsverteilung berechnen.
Damit ist eine begriffliche Problematik verbunden, die Erwin Schrödinger in seinem 1935 veröffentlichten Gedankenexperiment verdeutlicht – nach eigenen Worten in „burlesk“ ausgeschmückter Form: Er setzt eine Katze an die Stelle des Elektrons und versetzt sie in einen Zustand, in dem sie nach den Regeln der Quantenmechanik gleichzeitig lebendig und tot sein könnte. Erst durch eine direkte Beobachtung (wie beim Elektron durch die Ortsmessung) würde der Zustand der Katze in eine der beiden Möglichkeiten „lebendig“ oder „tot“ springen.
Nach Schrödinger darf die Quantenmechanik dennoch nicht als ein „verwaschenes“ Modell der Realität fehlgedeutet werden. Im eigenartigen Zustand der Mischung sieht Schrödinger an sich nichts Unklares oder Widerspruchsvolles. Dieser Begriff sei für atomare Dimensionen noch hinnehmbar, beispielsweise für das α-Teilchen im Atomkern, bevor es als α-Strahlung ausgesandt und nur in einer Richtung beobachtet wird, obwohl in seinem Zustand alle Richtungen mit gleicher Wahrscheinlichkeit vorliegen. Der Begriff sei jedoch einfach falsch, wenn auch grob tastbare und sichtbare Dinge in der Realität diese quantenmechanische Unbestimmtheit zeigen sollen.
Das Gedankenexperiment beruht darauf, dass immer, wenn ein System verschiedene Zustände einnehmen kann, in der Quantenmechanik auch die Überlagerung dieser Zustände einen möglichen Zustand darstellt. Erst wenn eine Beobachtung oder Messung durchgeführt wird, mit der man zwischen den überlagerten Zuständen unterscheiden kann, nimmt das System einen von ihnen an. In Anlehnung an das Gedankenexperiment, das mit der Katze als einem makroskopischen System formuliert ist, spricht man auch bei einem mikroskopischen quantenmechanischen System von einem Katzenzustand, wenn man die verschiedenen überlagerten Zustände durch eine Messung unterscheiden kann.