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Physik in unserer Zeit

Schrödingers Katzen leben länger!

Jürgen Rink

Published Jan 1, 1996• 0 citations
Publisher

Abstract

Abstract Einer Forschergruppe am National Institute of Standards in Boulder, USA, gelang es, eine quantenmechanische Superpostion räumlich getrennter Zustände eines einzelnen Atoms herzustellen [1]. Diese experimentelle Realisierung eines berühmten Gedankenexperimentes von Erwin Schrödinger erlaubt Einblicke in den Übergang von der Quantenmechanik zur klassischen Physik.

DOI
10.1002/piuz.19960270511

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Schrödingers Katze in die Falle gelockt

Dietrich G. Leibfried, Christopher R. Monroe, D. J. Wineland

Abstract Im Jahre 1935 veröffentlichte Erwin Schrödinger einen langen Artikel über „Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik”︁ [1]. Im Rahmen einer detaillierten Gegenüberstellung von klassischer Mechanik und Quantenmechanik erläuterte er darin die Gründe seines Unbehagens mit der damals neuen Theorie. Der Artikel wäre wohl in Vergessenheit geraten, enthielte er nicht einen Absatz mit der Beschreibung eines Gedankenexperiments, das unter dem Namen „Schrödingers Katze”︁ weit über die Physik hinaus zu Kopfzerbrechen geführt hat. Über 60 Jahre nach Schrödingers Artikel ist es möglich geworden, quantenmechanische Zustände herzustellen, die die Essenz des Katzen‐Paradoxons ins Labor übertragen.

Physikalische Blätter•Nov 1, 1997•1 citation

Die Interpretation der Quantenmechanik

Max Born

Die folgenden Ausführungen sind eine Erwiderung auf den von Erwin Schrödinger im August und November 1952 in „The British Journal for the Philosophy of Science“ veröffentlichten Artikel „Gibt es Quantensprünge? (Teil I und II)“. Eine Diskussion über dieses Thema war für die am B. Dezember 1952 stattfindende Versammlung der Philosophy of Science Group in Aussicht genommen, und ich war aufgefordert worden, die Aussprache zu eröffnen. Ich hatte diese ehrenvolle Einladung nicht ohne Bedenken angenommen, denn ich finde es peinlich, eine Meinungsverschiedenheit in einer so fundamentalen Frage mit einem meiner besten und ältesten Freunde öffentlich auszutragen. Zur Annahme bewogen mich schließlich verschiedene Gründe: Erstens bin ich der Überzeugung, daß keine Meinungsverschiedenheit in physikalischen Dingen unsere Freundschaft erschüttern könnte. Zweitens wußte ich, daß andere gute und alte Freunde von gleichem wissenschaftlichen Range wie Schrödinger meine Ansicht teilen, z. B. Niels Bohr, Heisenberg und Pauli. Der dritte und wichtigste Grund, die Diskussion der Schrödingerschen Publikation anzunehmen, war der, daß ihr unleugbarer literarischer Wert, die Weite des historischen und philosophischen Gesichtskreises und die geistreiche Darstellung einen verwirrenden Einfluß auf diejenigen Leser ausüben könnte, die, ohne selber Physiker zu sein, sich für die allgemeinen Gedankengänge der Physik interessieren.

Vieweg+Teubner eBooks•Jan 1, 1983•1 citation

Schrödinger, Erwin

Ernst Peter Fischer

ZusammenfassungIn physikalischen Veröffentlichungen ist es sein Name, der am häufigsten zitiert wird. Die heutige Physik und Chemie sind undenkbar ohne die Schrödinger-Gleichung und die Schrödingersche Wellenfunktion. Beide bilden das Kernstück der sogenannten Wellenmechanik, die 1926 in Form von vier Mitteilungen über die Quantisierung als Eigenwertproblem veröffentlicht wurde. Sch. versuchte mit seiner Theorie ein klassisches und anschauliches Bild der Atome zu skizzieren und die im Jahr zuvor von Werner Heisenberg konzipierte Atommechanik zu überwinden, von der er sich »abgeschreckt, um nicht zu sagen abgestoßen« fühlte. Sch. wollte sich nicht mit den Unstetigkeiten, jenen »Quantensprüngen« abfinden, zu denen Atome als Konsequenz der Plankschen Quantenhypothese gezwungen wurden. Als sich zur allgemeinen Überraschung noch 1926 herausstellte, daß die Theorien von Sch. und Heisenberg äquivalent waren, wurde der Weg frei für die philosophische Interpretation der Quantenmechanik, die vor allem auf Niels Bohr zurückgeht und durch den Begriff der Komplementarität charakterisiert werden kann. Sch. konnte die in diesem Rahmen erfolgte Aufhebung einer kausalen Determiniertheit im atomaren Geschehen nicht akzeptieren. Unter seinen Bemühungen, die erkenntnistheoretische Lektion der Atome zu lernen, ragt eine Diskussion über Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik (1935) hervor.

J.B. Metzler eBooks•Jan 1, 1995•0 citations

Erwin Schrödinger

Manfred D. Laubichler

Aus einer wissenschaftlich gebildeten Familie; studierte in Wien bei Franz Exner und Friedrich Hasenöhrl Physik; akademische Wanderjahre 1927 mit Ruf nach Berlin abgeschlossen; schon 1926 Veröffentlichung der berühmten Schrödinger-Gleichung zur Quantenmechanik, für die er 1933 den Nobelpreis für Physik erhielt; Flucht vor den Nationalsozialisten endete 1940 mit der Berufung an das für ihn gegründete Institute for Advanced Studies in Dublin; 1956 Rückkehr nach Wien.

J.B. Metzler eBooks•Jan 1, 2016•0 citations

Zählen und Messen - Quantenstatistik und Quanteneinheiten

Rudolf Peter Huebener, H. Lübbig

In der Mitte der 1920er Jahre stand an der Wende von der frühen zur modernen Quantentheorie die Erkenntnis, dass die Physik quantisierter Zustände eine besondere Form der Statistik erfordert. Diese “Quantenstatistik” musste die Unterscheidbarkeit für atomare Teilchen aufgeben, - und damit die Vorstellung von “individuellen” Teilchen, die der klassischen Maxwell-Boltzmann Statistik zugrunde gelegen hatte. Die Auswirkung dieses Bruches zeigte sich zunächst in der Änderung der klassischen Abzählmethoden für die möglichen Besetzungen der Zustände mit Teilchen. Aus methodischen Gründen stellt man die möglichen Zustände als Besetzung einer Gesamtheit von Zellen im “Phasenraum” dar. Der Phasenraum wird aus den Orts- und Impulskoordinaten aller Teilchen des betrachteten Systems gebildet, und er gestattet die vollständige Beschreibung seines Zustandes. Bei der Abzählung ununterscheidbarer Teilchen zeigte es sich, dass es nur zwei Klassen von Elementarteilchen geben kann: Eine Klasse, die solche Teilchen enthält, die eine Zelle in beliebiger Anzahl besetzen können, - und eine solche Klasse von Teilchen, die nur einzeln eine Zelle besetzen können. Zur erstgenannten Klasse gehören die Photonen, die a- Teilchen (Heliumkerne) und die Cooper-Paare, - letztere sind die in den 1950er Jahren entdeckten Träger der Supraleitung. (Die Teilchen dieser Klasse haben verschwindenden oder ganzzahligen Spin; sie werden zusammengefasst heute als “Bosonen” bezeichnet.) Hauptvertreter der zweitgenannten Klasse sind die Elektronen und Nukleonen. (Die Teilchen dieser Klasse haben einen halbzahligen Spin und werden heute zusammengefasst als “Fermionen” bezeichnet.) Die Statistiken dieser beiden Klassen von Teilchen wurden im Jahr 1924 in Form der Bose-Einstein Statistik (für Bosonen) und zwei Jahre später als Fermi-Dirac Statistik (für Fermionen) theoretisch manifest. - Damit war die (in der klassischen Physik uneingeschränkt geltende) Vorstellung von im Einzelnen unterscheidbaren Teilchen an dem Charakter derjenigen Abzählmethoden gescheitert, die dem Teilchenbegriff der Quantenphysik angemessen sind.

Vieweg+Teubner eBooks•Dec 6, 2010•0 citations

Bose‐Einstein‐Kondensation eines nahezu idealen Teilchengases

Wolfgang H. Petrich

Abstract Eines der herausragendsten Ergebnisse der theoretischen Quantenstatistik ist die Vorhersage, daß Teilchen mit ganzzahligem Drehimpuls bei sehr großer Dichte und/oder sehr geringer Temperatur in einen gemeinsamen Quantenzustand kondensieren können. Als 1924 diese Bose‐Einstein‐Kondensation eines idealen — also wechselwirkungsfreien — Gases vorhergesagt wurde, erschien deren experimentelle Beobachtung aufgrund des starken Einflusses der interatomaren van‐der‐Waals‐Wechselwirkung unmöglich. E. Schrödinger beschrieb dies später mit den Worten: „Um eine signifikante Abweichung [vom klassischen Verhalten] aufzuweisen, benötigt man so hohe Dichten und so kleine Temperaturen, daß die van‐der‐Waals‐Korrekturen und die Effekte einer möglichen Entartung von der gleichen Größenordnung sein werden, und es besteht wenig Aussicht dafür, daß die beiden Arten von Effekten sich jemals trennen lassen.”︁ Erst jetzt — über siebzig Jahre nach dem ursprünglichen Vorschlag — gelang es, die Bose‐Einstein‐Kondensation eines nahezu wechselwirkungsfreien Teilchengases zu beobachten. Dieser Nachweis eröffnet ein neues, interessantes Feld physikalischer Forschung.

Physikalische Blätter•Apr 1, 1996•12 citations
Abstract Einer Forschergruppe am National Institute of Standards in Boulder, USA, gelang es, eine quantenmechanische Superpostion räumlich getrennter Zustände eines einzelnen Atoms herzustellen [1]. Diese experimentelle Realisierung eines berühmten Gedankenexperimentes von Erwin Schrödinger erlaubt Einblicke in den Übergang von der Quantenmechanik zur klassischen Physik.
Abstract Im Jahre 1935 veröffentlichte Erwin Schrödinger einen langen Artikel über „Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik”︁ [1]. Im Rahmen einer detaillierten Gegenüberstellung von klassischer Mechanik und Quantenmechanik erläuterte er darin die Gründe seines Unbehagens mit der damals neuen Theorie. Der Artikel wäre wohl in Vergessenheit geraten, enthielte er nicht einen Absatz mit der Beschreibung eines Gedankenexperiments, das unter dem Namen „Schrödingers Katze”︁ weit über die Physik hinaus zu Kopfzerbrechen geführt hat. Über 60 Jahre nach Schrödingers Artikel ist es möglich geworden, quantenmechanische Zustände herzustellen, die die Essenz des Katzen‐Paradoxons ins Labor übertragen.
Die folgenden Ausführungen sind eine Erwiderung auf den von Erwin Schrödinger im August und November 1952 in „The British Journal for the Philosophy of Science“ veröffentlichten Artikel „Gibt es Quantensprünge? (Teil I und II)“. Eine Diskussion über dieses Thema war für die am B. Dezember 1952 stattfindende Versammlung der Philosophy of Science Group in Aussicht genommen, und ich war aufgefordert worden, die Aussprache zu eröffnen. Ich hatte diese ehrenvolle Einladung nicht ohne Bedenken angenommen, denn ich finde es peinlich, eine Meinungsverschiedenheit in einer so fundamentalen Frage mit einem meiner besten und ältesten Freunde öffentlich auszutragen. Zur Annahme bewogen mich schließlich verschiedene Gründe: Erstens bin ich der Überzeugung, daß keine Meinungsverschiedenheit in physikalischen Dingen unsere Freundschaft erschüttern könnte. Zweitens wußte ich, daß andere gute und alte Freunde von gleichem wissenschaftlichen Range wie Schrödinger meine Ansicht teilen, z. B. Niels Bohr, Heisenberg und Pauli. Der dritte und wichtigste Grund, die Diskussion der Schrödingerschen Publikation anzunehmen, war der, daß ihr unleugbarer literarischer Wert, die Weite des historischen und philosophischen Gesichtskreises und die geistreiche Darstellung einen verwirrenden Einfluß auf diejenigen Leser ausüben könnte, die, ohne selber Physiker zu sein, sich für die allgemeinen Gedankengänge der Physik interessieren.
ZusammenfassungIn physikalischen Veröffentlichungen ist es sein Name, der am häufigsten zitiert wird. Die heutige Physik und Chemie sind undenkbar ohne die Schrödinger-Gleichung und die Schrödingersche Wellenfunktion. Beide bilden das Kernstück der sogenannten Wellenmechanik, die 1926 in Form von vier Mitteilungen über die Quantisierung als Eigenwertproblem veröffentlicht wurde. Sch. versuchte mit seiner Theorie ein klassisches und anschauliches Bild der Atome zu skizzieren und die im Jahr zuvor von Werner Heisenberg konzipierte Atommechanik zu überwinden, von der er sich »abgeschreckt, um nicht zu sagen abgestoßen« fühlte. Sch. wollte sich nicht mit den Unstetigkeiten, jenen »Quantensprüngen« abfinden, zu denen Atome als Konsequenz der Plankschen Quantenhypothese gezwungen wurden. Als sich zur allgemeinen Überraschung noch 1926 herausstellte, daß die Theorien von Sch. und Heisenberg äquivalent waren, wurde der Weg frei für die philosophische Interpretation der Quantenmechanik, die vor allem auf Niels Bohr zurückgeht und durch den Begriff der Komplementarität charakterisiert werden kann. Sch. konnte die in diesem Rahmen erfolgte Aufhebung einer kausalen Determiniertheit im atomaren Geschehen nicht akzeptieren. Unter seinen Bemühungen, die erkenntnistheoretische Lektion der Atome zu lernen, ragt eine Diskussion über Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik (1935) hervor.
In der Mitte der 1920er Jahre stand an der Wende von der frühen zur modernen Quantentheorie die Erkenntnis, dass die Physik quantisierter Zustände eine besondere Form der Statistik erfordert. Diese “Quantenstatistik” musste die Unterscheidbarkeit für atomare Teilchen aufgeben, - und damit die Vorstellung von “individuellen” Teilchen, die der klassischen Maxwell-Boltzmann Statistik zugrunde gelegen hatte. Die Auswirkung dieses Bruches zeigte sich zunächst in der Änderung der klassischen Abzählmethoden für die möglichen Besetzungen der Zustände mit Teilchen. Aus methodischen Gründen stellt man die möglichen Zustände als Besetzung einer Gesamtheit von Zellen im “Phasenraum” dar. Der Phasenraum wird aus den Orts- und Impulskoordinaten aller Teilchen des betrachteten Systems gebildet, und er gestattet die vollständige Beschreibung seines Zustandes. Bei der Abzählung ununterscheidbarer Teilchen zeigte es sich, dass es nur zwei Klassen von Elementarteilchen geben kann: Eine Klasse, die solche Teilchen enthält, die eine Zelle in beliebiger Anzahl besetzen können, - und eine solche Klasse von Teilchen, die nur einzeln eine Zelle besetzen können. Zur erstgenannten Klasse gehören die Photonen, die a- Teilchen (Heliumkerne) und die Cooper-Paare, - letztere sind die in den 1950er Jahren entdeckten Träger der Supraleitung. (Die Teilchen dieser Klasse haben verschwindenden oder ganzzahligen Spin; sie werden zusammengefasst heute als “Bosonen” bezeichnet.) Hauptvertreter der zweitgenannten Klasse sind die Elektronen und Nukleonen. (Die Teilchen dieser Klasse haben einen halbzahligen Spin und werden heute zusammengefasst als “Fermionen” bezeichnet.) Die Statistiken dieser beiden Klassen von Teilchen wurden im Jahr 1924 in Form der Bose-Einstein Statistik (für Bosonen) und zwei Jahre später als Fermi-Dirac Statistik (für Fermionen) theoretisch manifest. - Damit war die (in der klassischen Physik uneingeschränkt geltende) Vorstellung von im Einzelnen unterscheidbaren Teilchen an dem Charakter derjenigen Abzählmethoden gescheitert, die dem Teilchenbegriff der Quantenphysik angemessen sind.
Abstract Eines der herausragendsten Ergebnisse der theoretischen Quantenstatistik ist die Vorhersage, daß Teilchen mit ganzzahligem Drehimpuls bei sehr großer Dichte und/oder sehr geringer Temperatur in einen gemeinsamen Quantenzustand kondensieren können. Als 1924 diese Bose‐Einstein‐Kondensation eines idealen — also wechselwirkungsfreien — Gases vorhergesagt wurde, erschien deren experimentelle Beobachtung aufgrund des starken Einflusses der interatomaren van‐der‐Waals‐Wechselwirkung unmöglich. E. Schrödinger beschrieb dies später mit den Worten: „Um eine signifikante Abweichung [vom klassischen Verhalten] aufzuweisen, benötigt man so hohe Dichten und so kleine Temperaturen, daß die van‐der‐Waals‐Korrekturen und die Effekte einer möglichen Entartung von der gleichen Größenordnung sein werden, und es besteht wenig Aussicht dafür, daß die beiden Arten von Effekten sich jemals trennen lassen.”︁ Erst jetzt — über siebzig Jahre nach dem ursprünglichen Vorschlag — gelang es, die Bose‐Einstein‐Kondensation eines nahezu wechselwirkungsfreien Teilchengases zu beobachten. Dieser Nachweis eröffnet ein neues, interessantes Feld physikalischer Forschung.