🐱 Schrödingers Katze und ein Atom

[★ Ronald Johannes deClaire Schwab]

„Schrödingers Katze“ 🐱 https://de.wikipedia.org/wiki/Schr%C3%B6dingers_Katze
Sobald ein Atom nun seinen Zustand ändert, wird der Zerfall durch den Detektor registriert. Dadurch wird der Hammer bewegt, der daraufhin das Gefäß mit der giftigen Substanz zerstört. Die Katze stirbt. Solange die Kiste verschlossen ist, ist von außen betrachtet jedoch nicht klar, ob das Atom zerfallen ist oder nicht.
Sie befindet sich in einer sehr dichten Kiste, die Katze. Und sie ist mit gleicher Wahrscheinlichkeit tot und lebendig. Denn mit Miezi zusammen wurde in die Kiste auch eine Portion Giftgas gelegt. Das tritt mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 Prozent aus, weil der zu 50 Prozent wahrscheinliche Zerfall eines hypothetisches Atoms dies auslöst - was die Katze tötet. Wir sind draußen und wissen es nicht, ohne nachzusehen.
Erwin Schrödinger revolutionierte die Physik. Der Forscher bewies, dass Elektronen Eigenschaften von Wellen oder Teilchen haben können, aber weder das eine noch das andere sind. Erwin Schrödinger besetzte im Herbst 1921 den seit 1914 verwaisten Lehrstuhl für Theoretische Physik an der Universität Zürich.
Der Physiker Erwin Schrödinger (https://de.wikipedia.org/wiki/Erwin_Schr%C3%B6dinger) veröffentlichte dieses Gedankenexperiment, in dem die Katze gewissermaßen gleichzeitig tot und lebendig ist, am 29. November 1935. Er wollte damit wohl Kritikern der Quantenphysik an sich entgegentreten, kritisierte aber gleichzeitig selbst die Absurdität der damaligen Sicht der Quantenmechanik. In ihr werden manche Dinge simultan in völlig unterschiedlichen Zuständen postuliert, und ihren tatsächlichen Zustand kann man demnach nur kennen, wenn man sie direkt beobachtet, wobei bei die Beobachtung wiederum das Ergebnis beeinflussen kann.
Die gleichsam simultan tote und lebendige Katze ist damit - verkürzt gesprochen - auch ein Beispiel dafür, dass solche dualen Zustände auch in der Makrowelt denkbar, aber trotzdem absurd sind.
Wissenschaft ist, die Kiste aufzumachen und nachzugucken.
Es war nicht das letzte Mal, dass der Physiker einen Ausflug in die Biologie machte. Im Gegenteil. Sein bekanntesten Buch heißt „Was ist Leben?“. Inhaltlich gilt es als ein Klassiker der unausweichlich oft fehlerhaften Exkursion eines Experten in ein anderes Fach.
Nachdenken über das Leben
Doch der Einfluss auf eine ganze Generation von Forschern und Forscherinnen war in den Jahren nach Erscheinen des Buches immens. Sie waren auch oft fachfremd. Es waren vor allem Physiker wie Francis Crick, die sich nach dem Krieg, als nicht mehr so viele von ihnen beim Militär gebraucht wurden, der Molekulargenetik verschrieben.
Und an manchen Stellen erwies sich Schrödinger als hellsichtig, etwa in seiner Voraussage, das Erbmaterial müsse eine Art „aperiodischer Kristall“ sein. „Ungemein treffend“ sei dies Postulat gewesen, schrieb in einem Brief an Schrödinger voller Bewunderung kein anderer als jener Crick, Mitentdecker der DNA-Doppelhelixstruktur.
Das war 1953. Schrödinger war ein Star seiner Zunft, seinen halbtoten Stubentiger dagegen kannte auch da noch kaum jemand. Erst 1965 erweckte ihn der Philosoph Hilary Putnam in einem Buchartikel wieder zum Leben. Das Buch bekam im „Scientific American“ eine vielgelesene Rezension. Prominent erwähnt auch dort: die Katze. Erst von da an schlich sie sich auf leisen Pfoten in die Populärkultur, die Science Fiction und in gebildete Konversationen auf Cocktailpartys.
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Dabei war sie in Schrödingers Originaltext nur ein kleiner Exkurs. Aber Ähnliches passiert ja öfters. Und offenbar nicht selten bei Zitaten, die etwas mit dem Leben zu tun haben. Auch der wohl berühmteste Satz Theodor W. Adornos etwa, dass es „kein richtiges Leben im Falschen“ gebe, war im Original eher eine kleine Randbemerkung - in einem Aphorismus zum Thema Wohnungsmöblierung. Unter Katzen soll er, leicht abgewandelt, als „Es gibt kein richtiges Leben in der Kiste“ bekannt sein.
Gesundheit: Der Unbescheidene
Zum Tode von Francis Crick, Entdecker der DNS-Doppelhelix
„Ich habe Francis Crick nie bescheiden gesehen.“ Mit diesem Satz beginnt James Watson sein Buch „Die Doppelhelix“ – den Bericht darüber, wie es zur größten Entdeckung der Biologie des letzten Jahrhunderts kam: Er, Watson, und sein kongenialer Kollege Crick hatten den Faden des Lebens, die DNS, in einem weltweiten Wettrennen als erste dingfest gemacht.
In der Nacht zum Donnerstag starb Francis Crick im Alter von 88 Jahren. „Mit großer Traurigkeit informiere ich Sie darüber, dass Francis Crick heute Abend an seinem Krebsleiden gestorben ist“, heißt es in einer EMail von Richard Murphy, dem Präsidenten des Salk Institute im kalifornischen San Diego, wo Crick zuletzt tätig war. Immer seltener hatte man Crick – ganz anders als Watson – in der Öffentlichkeit gesehen, was aber nicht nur an seinem Gesundheitszustand lag.
Denn Crick, der Unbescheidene, war, nachdem er vor 50 Jahren dem Leben sein innerstes Geheimnis abgerungen hatte, einem neuen Mysterium auf der Spur: dem Geheimnis des Gehirns. Was ist Bewusstsein? Das war das Rätsel, das er als nächstes knacken wollte – und zwar mit wissenschaftlichen Mitteln. Davon, wie das Gehirn Träume, Gefühle und Gedanken hervorbringt, handelt auch sein letztes, überaus verständliches Buch „Was die Seele wirklich ist“ (Rowohlt Taschenbuch Verlag, 1997).
Am 25. April 1953 schreibt Crick Geschichte. An diesem Tag veröffentlicht die Fachzeitschrift „Nature“ einen Bericht der beiden ebenso jungen wie unbekannten Physiker Francis Crick, 36, und James Watson, 25, vom Cavendish-Laboratorium in Cambridge, England. Er ist kaum länger als eine Seite und beginnt mit einem Understatement, wie es in der Wissenschaft selten geworden ist: „Wir möchten eine Struktur für das Salz der Desoxyribonukleinsäure (DNS) vorschlagen. Diese Struktur hat neuartige Eigenschaften, die von bemerkenswertem biologischen Interesse sind.“ Die Abbildung dieser „Struktur“ enthüllt, worin das „bemerkenswerte biologische Interesse“ liegen könnte: Sie zeigt eine elegante Doppelhelix – ein Molekül wie eine in sich verdrillte Strickleiter. Ein Geniestreich der Natur.
Heute ist die DNS als Symbol des Lebens so allgegenwärtig wie alltäglich geworden. Und doch, es bedurfte erheblicher Anstrengungen, bis Francis Crick am 28. Februar 1953 in seinem Lieblingspub „Adler“ in Cambridge hinausposaunen konnte, er und James Watson hätten „das Geheimnis des Lebens“ gefunden. Mit diesen Worten jedenfalls beschreibt Watson die Szene. Lautstark, ja unverschämt waren beide. So sehr, dass sie ein eigenes Arbeitszimmer bekamen, damit sie ihren Kollegen mit ihrem ewigen Spekulieren über die DNS nicht weiter auf die Nerven gingen. Legendär waren auch ihre Modelle aus billigem Eisendraht und Metallblech, mit denen sie ihre Gedanken eine Gestalt gaben.
Watson und Crick waren Besessene. Besessen davon, das Rätsel der DNS zu lösen. 1951 hatte die Zusammenarbeit der beiden Quereinsteiger von der Physik zur Biologie begonnen. Sie schweißt zusammen, was Crick später „eine gewisse jugendliche Arroganz, Rücksichtslosigkeit und Ungeduld mit schlampigem Denken“ nennen wird. Beide waren fasziniert von dem Buch des Physikers Erwin Schrödinger: „Was ist Leben?“ (1944). Schrödinger stellt darin prophetisch die Behauptung auf, dass Leben die Fähigkeit besitzen muss, Information zu speichern und zu übertragen. Zwei Eigenschaften, die im Erbmolekül DNS perfekt zusammengeführt werden.
In den Jahren von 1951 bis 1953 kreisten Watson und Crick das Molekül immer weiter ein. Lieferten sich ein Wettrennen mit dem Übervater der Chemie, dem Nobelpreisträger Linus Pauling (https://bodhie.eu/simple/index.php/board,25.0.html).
Alles kulminierte in wenigen Wochen Anfang des Jahres 1953. Für Watson und Crick waren sie erfüllt von ekstatischer Inspiration. Dann, schlagartig, ist die Lösung da. Alle Teile des Puzzles fügen sich zusammen, alles scheint plötzlich einleuchtend und selbstverständlich. So selbstverständlich wie der Nobelpreis neun Jahre später, 1962.
In späteren Jahren wurde Crick noch einmal zum Quereinsteiger, kehrte der Molekularbiologie und DNS den Rücken und wandte sich dem Gehirn zu. Eins aber war er dabei immer: ein konsequenter Materialist.
Sowohl das Leben wie auch die Seele versuchte er auf die materiellen Bausteine zurückzuführen. „Die Hypothese namens Gott ist eher in Misskredit geraten“, sagte er einst in einem Interview. Sowohl die Frage nach dem Unterschied zwischen Leben und Nicht-Leben wie auch die nach der Seele wollte er von der Religion ins Reich der Wissenschaft führen – und beantworten.
Bei der ersten Frage ist er weit gekommen. Bei der zweiten reichte die Zeit nicht. „Er hat noch ein paar Stunden vor seinem Tod an unserem letzten Manuskript gearbeitet“, sagte sein enger Mitarbeiter Cristof Koch vom California Institute of Technology dem Tagesspiegel. „Ein Wissenschaftler bis zum bitteren Ende.“
🐱 https://de.wikipedia.org/wiki/Erwin_Schr%C3%B6dinger
🎑 https://de.wikipedia.org/wiki/Schr%C3%B6dingers_Katze
Bewusstsein gibt es seiner Natur nach nur in der Einzahl. Ich möchte sagen: die Gesamtzahl aller »Bewusstheiten« ist immer bloß »eins«. Darum ist dieses dein Leben, das du lebst, auch nicht ein Stück nur des Weltgeschehens, sondern in einem bestimmten Sinn das ganze.
    Manchmal passiert lange Zeit nichts und dann alles auf einmal.
    Die Tat unterscheidet das Ziel vom Traum.
    Manches wird erst gut, wenn wir es gut sein lassen.
    Tue, was du liebst, und liebe, was du tust.
    Das Leben ist zu kurz für irgendwann.

Bereits im Jahr 1935 veröffentlichte der Physiker Erwin Schrödinger mit „Schrödingers Katze“ ein Gedankenexperiment, das die direkte Übertragung quantenmechanischer Begriffe auf die makroskopische Welt problematisiert: Eine Katze befindet sich in einer Kiste, gemeinsam mit einer geringen Menge radioaktiver Substanz. Sobald das radioaktive Material in dieser Apparatur zerfällt, wird das Gift freigesetzt und die Katze stirbt.

Leben ist ein Sammelbegriff für eine Vielzahl materieller Erscheinungen (Systeme) in der Natur, die sich in einem ständigen, geregelten Austausch von Energie, Materie und Informationen befinden. Lebewesen sind chemische, physikalische und informationsverarbeitende Maschinen, die durch die Verarbeitung von Information koordiniert und reguliert werden mit dem Erfolg, dass sie als zweckmässige Ganzheit operieren. Die Schrödingergleichung ist eine, bzw. die, zentrale Grundgleichung der nichtrelativistischen Quantenmechanik. Die Lösungen dieser Gleichung werden auch Wellenfunktionen genannt. Diese Wellenfunktionen beschreiben die räumliche und zeitliche Entwicklung des Zustands eines Quantensystems.
(https://de.wikipedia.org/wiki/Paul_Nurse) Die fünf revolutionären Ideen, die der Biologie zugrunde liegen – die Zelle, das Gen, Evolution durch natürliche Selektion, das Leben als Chemie und das Leben als Information.
Ein 16 Mikrogramm schwerer Saphir-Kristall ist das bisher größte Objekt, das jemals in einer quantenmechanischen Überlagerung zweier Schwingungszustände existierte. Ein Team um Matteo Fadel von der ETH Zürich regte den Kristall zu Vibrationen an, bei denen die Atome hin- und herschwingen – in der so genannten Superposition schwingen sie gleichzeitig in zwei entgegengesetzte Richtungen. Wie die Arbeitsgruppe in »Science« berichtet, entspricht dieser Zustand dem Gedankenexperiment von Schrödingers Katze, die abhängig von dem Zerfall eines Atoms, das eine Giftampulle zerstört, gleichzeitig lebendig und tot ist. Solche makroskopischen »Katzen-Zustände« sollen dabei helfen, zu ergründen, wie und warum die Gesetze der Quantenwelt bei größeren Objekten in die Regeln der klassischen Physik übergehen.
Um den aus rund 1017 Atomen bestehenden Saphir (die Katze) dazu zu bringen, sich wie ein quantenmechanisches Objekt zu verhalten, versetzte die Arbeitsgruppe ihn in Schwingungen und koppelte ihn an einen supraleitenden Schaltkreis (das Atom aus Schrödingers Gedankenexperiment). Dieser entspricht einem Qubit: Er befindet sich also gleichzeitig in den Zuständen »0« und »1«. Die Überlagerung überträgt sich dann auf die Schwingung des Kristalls: Somit können sich die Atome im Kristall in zwei Richtungen gleichzeitig bewegen, etwa nach oben und unten – ebenso wie Schrödingers Katze gleichzeitig tot und lebendig ist. Wichtig dabei ist, dass der Abstand zwischen den zwei Zuständen größer ist als durch die quantenmechanische Unschärfe.
Mit dem supraleitenden Qubit gelang es den Forschern auch, die Distanz zwischen den beiden Schwingungszuständen des Kristalls zu bestimmen. Mit bloß einem milliardstel Nanometer ist der Abstand zwar winzig – aber immerhin groß genug, um die beiden Zustände zweifelsfrei voneinander zu unterscheiden.
Bei quantenmechanischen Objekten sind solche Überlagerungen aus klassisch unvereinbaren Zuständen üblich. Makroskopische Objekte aus sehr vielen Atomen dagegen gehorchen normalerweise der klassischen Mechanik, sie können nicht zwei widersprüchliche Zustände gleichzeitig annehmen. Ebenso wenig, wie eine Katze zugleich lebendig und tot sein kann, kann ein Kristall gleichzeitig nach oben und unten schwingen. Das große Rätsel dabei ist jedoch, warum er das im Regelfall nicht kann. Denn egal, wie groß ein Gegenstand ist, er setzt sich aus Atomen und subatomaren Teilchen zusammen, die den Regeln der Quantenphysik gehorchen.
Es gibt eine ganze Reihe möglicher Erklärungen, warum große Objekte das nicht tun. Etwa, weil mit zunehmender Zahl der Atome auch immer mehr Einflüsse quantenmechanische Zustände zerfallen lassen. Oder auch, dass die Schwerkraft eine Rolle spielen könnte. Die Hoffnung ist, dass immer größere »Katzen-Zustände« dazu beitragen können, das Rätsel um Schrödingers Katze schließlich zu lösen. Daneben sind stabile, kontrollierbare makroskopische Quantenzustände zudem technisch interessant, zum Beispiel für Fehlerkorrekturverfahren in den immer komplexer werdenden Quantencomputern.
✨https://de.wikipedia.org/wiki/Quantenmechanik