Erwin Schrödinger – Der Physiker hinter der berühmtesten Katze der Wissenschaft

Die Kurzfassung kennst du jetzt – nun geht es ins Detail. Ich wünsche dir viel Freude beim Lesen!

Wenn Du den Namen Erwin Schrödinger hörst, denkst Du wahrscheinlich zuerst an eine Katze. Eine Katze, die gleichzeitig lebendig und tot sein soll. Doch hinter diesem berühmten Gedankenexperiment steckt ein Wissenschaftler, der wesentlich mehr geleistet hat. Erwin Schrödinger gehörte zu den bedeutendsten Physikern des 20. Jahrhunderts und war einer der Wegbereiter der modernen Quantenphysik.

Seine Forschungen halfen uns dabei, die geheimnisvolle Welt der Atome und kleinsten Teilchen besser zu verstehen. Dabei entwickelte Schrödinger eine Gleichung, die heute zu den wichtigsten Formeln der gesamten Physik gehört. Aber wer war dieser Mann eigentlich, und wie kam es zu seiner berühmten Katze?

Wer war Erwin Schrödinger?

Erwin Schrödinger wurde am 12. August 1887 in Wien geboren. Schon früh interessierte er sich für Naturwissenschaften und Mathematik. Nach seiner Schulzeit studierte er Physik an der Universität Wien und beschäftigte sich intensiv mit den großen wissenschaftlichen Fragen seiner Zeit.

Das war eine besonders spannende Epoche der Physik. Wissenschaftler hatten begonnen zu erkennen, dass die bekannten Gesetze von Isaac Newton zwar hervorragend für unsere alltägliche Welt funktionierten, bei Atomen und kleinsten Teilchen aber an ihre Grenzen stießen. Eine völlig neue Art von Physik war notwendig.

Und genau an dieser wissenschaftlichen Revolution sollte Schrödinger entscheidend mitwirken.

Eine neue Welt der Physik entsteht

Anfang des 20. Jahrhunderts machten Forscher wie Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr und Werner Heisenberg Entdeckungen, die unser Verständnis der Natur grundlegend veränderten. Immer deutlicher zeigte sich, dass sich Licht und Materie auf kleinster Ebene nicht so verhielten, wie man es aus dem Alltag erwarten würde.

Besonders faszinierend war die Idee des französischen Physikers Louis de Broglie. Er schlug vor, dass nicht nur Licht sowohl Teilchen als auch Welleneigenschaften besitzen kann. Auch Materieteilchen wie Elektronen könnten sich unter bestimmten Bedingungen wie Wellen verhalten.

Diese Vorstellung faszinierte Schrödinger. Er begann darüber nachzudenken, wie sich solche Materiewellen mathematisch beschreiben ließen.

Die berühmte Schrödinger-Gleichung

1926 gelang Schrödinger schließlich sein wissenschaftlicher Durchbruch. Er entwickelte eine Gleichung, mit der sich das Verhalten von Quantensystemen mathematisch beschreiben lässt. Heute kennen wir sie als Schrödinger-Gleichung.

Du kannst Dir ihre Bedeutung ein wenig wie eine Rechenanleitung für die Quantenwelt vorstellen. Mit ihrer Hilfe lässt sich bestimmen, wie sich der quantenmechanische Zustand eines Systems im Laufe der Zeit entwickelt. Daraus können Physiker Wahrscheinlichkeiten für mögliche Messergebnisse ableiten, etwa dafür, wo ein Elektron gefunden werden könnte.

Das war ein entscheidender Fortschritt. Statt sich ein Elektron einfach wie einen winzigen Planeten vorzustellen, der auf einer festen Bahn um einen Atomkern kreist, beschreibt die Quantenmechanik mögliche Zustände und Aufenthaltswahrscheinlichkeiten.

Die Schrödinger-Gleichung wurde zu einem Grundpfeiler der Quantenmechanik und wird bis heute in Physik und Chemie verwendet.

Schrödinger und die geheimnisvolle Quantenwelt

Die Quantenphysik brachte allerdings ein Problem mit sich. Ihre mathematischen Vorhersagen funktionierten hervorragend, doch ihre Bedeutung war schwer mit unserer Alltagserfahrung in Einklang zu bringen.

Ein Quantensystem kann sich in einer sogenannten Superposition befinden. Vereinfacht gesagt bedeutet das, dass mehrere mögliche Zustände gleichzeitig Teil seiner quantenmechanischen Beschreibung sein können, solange keine entsprechende Messung erfolgt.

Bei einzelnen Atomen oder Elektronen klingt das bereits ungewöhnlich. Doch was würde passieren, wenn man dieselben Regeln auf Gegenstände unseres Alltags übertragen würde?

Genau hier kommt Schrödingers berühmte Katze ins Spiel.

Schrödingers Katze

Im Jahr 1935 stellte Schrödinger ein Gedankenexperiment vor, das später weltberühmt wurde. Stell Dir eine geschlossene Kiste vor. Darin befinden sich eine Katze und eine Vorrichtung, deren Auslösung von einem quantenmechanischen Zufallsereignis abhängt.

Vereinfacht dargestellt führt eine Möglichkeit dazu, dass die Katze überlebt, während die andere zu ihrem Tod führt. Überträgt man eine bestimmte Interpretation der Quantenmechanik direkt auf dieses gesamte System, müsste man vor dem Nachsehen eine Überlagerung beider Möglichkeiten beschreiben.

Die Katze wäre also sinngemäß lebendig und tot zugleich, bis die Kiste geöffnet und der Zustand festgestellt wird.

Das klingt natürlich absurd. Und genau darum ging es Schrödinger.

Schrödinger wollte nicht beweisen, dass Katzen gleichzeitig tot und lebendig sind

Dieser Punkt wird häufig missverstanden. Schrödinger erfand sein Gedankenexperiment nicht, weil er davon überzeugt war, dass echte Katzen tatsächlich gleichzeitig lebendig und tot sein können.

Er wollte vielmehr zeigen, wie merkwürdig es wird, wenn bestimmte Vorstellungen der Quantenmechanik ohne Weiteres von der mikroskopischen Welt auf unsere alltägliche Welt übertragen werden. Seine Katze war also eine Art bewusst überspitztes Beispiel.

Das Gedankenexperiment traf einen wunden Punkt der Quantenphysik: Wo genau endet die Welt der quantenmechanischen Möglichkeiten und wo beginnt die eindeutige Wirklichkeit, die wir erleben?

Diese Frage beschäftigt Physiker und Philosophen in unterschiedlichen Formen bis heute.

Was hat Beobachten damit zu tun?

Bei Schrödingers Katze hört man häufig den Satz: „Erst wenn jemand hinsieht, entscheidet sich, was passiert.“

Das ist zwar anschaulich, aber etwas zu einfach formuliert. In der modernen Quantenphysik braucht es keinen Menschen, der bewusst auf ein Teilchen schaut. Entscheidend sind physikalische Wechselwirkungen und Messprozesse.

Ein wichtiger Begriff dabei ist die Dekohärenz. Vereinfacht gesagt sorgt die Wechselwirkung eines Quantensystems mit seiner Umgebung dafür, dass empfindliche quantenmechanische Überlagerungen bei großen Objekten extrem schnell praktisch unbeobachtbar werden.

Deshalb begegnen Dir im Alltag keine Tische, Autos oder Katzen, die offensichtlich zwei verschiedene Zustände gleichzeitig besitzen.

Der Nobelpreis für Physik

Schrödingers Arbeit blieb natürlich nicht unbemerkt. Im Jahr 1933 erhielt er gemeinsam mit dem britischen Physiker Paul Dirac den Nobelpreis für Physik. Ausgezeichnet wurden die beiden für die Entwicklung neuer Formen der Atomtheorie.

Für Schrödinger war dies die höchste wissenschaftliche Anerkennung seiner Arbeit. Seine Gleichung hatte innerhalb weniger Jahre einen völlig neuen Zugang zur Welt der Atome geschaffen.

Und ihre Bedeutung reicht weit über die theoretische Physik hinaus.

Was hat Schrödingers Forschung mit unserem Alltag zu tun?

Auf den ersten Blick scheint die Quantenmechanik weit von unserem täglichen Leben entfernt zu sein. Tatsächlich bildet sie jedoch eine wichtige Grundlage für viele moderne Technologien.

Halbleiter und damit Computerchips lassen sich nur mithilfe der Quantenphysik wirklich verstehen. Auch Laser, LEDs und zahlreiche moderne Messverfahren beruhen auf quantenmechanischen Prinzipien. Selbst in der Chemie hilft die Schrödinger-Gleichung dabei zu verstehen, wie Elektronen in Atomen und Molekülen angeordnet sind und warum chemische Bindungen entstehen.

Wenn Du heute ein Smartphone benutzt oder an einem Computer arbeitest, steckt darin also indirekt auch ein Stück der Physik, an deren Entwicklung Schrödinger beteiligt war.

Schrödinger beschäftigte sich auch mit dem Leben

Schrödinger interessierte sich nicht nur für Atome und Quanten. Später beschäftigte ihn eine noch größere Frage: Was ist Leben?

1944 veröffentlichte er das Buch What Is Life? beziehungsweise Was ist Leben?. Darin versuchte er, biologische Vorgänge aus Sicht eines Physikers zu betrachten und fragte unter anderem danach, wie Erbinformation in Lebewesen gespeichert werden könnte.

Das Buch wurde auch von später bedeutenden Forschern der Molekularbiologie gelesen und wird häufig im Zusammenhang mit der Entwicklung dieses Forschungsfeldes genannt. Schrödinger zeigte damit etwas, das ihn sein ganzes Leben begleitete: seine Neugier ging weit über die Grenzen eines einzelnen Fachgebietes hinaus.

Ein österreichischer Wissenschaftler von Weltrang

Schrödingers Leben wurde stark von den politischen Ereignissen seiner Zeit geprägt. Er arbeitete an verschiedenen Universitäten in Europa und verließ 1938 nach dem Anschluss Österreichs erneut das Land. Nach weiteren Stationen verbrachte er viele Jahre am Dublin Institute for Advanced Studies in Irland.

1956 kehrte er schließlich nach Wien zurück und übernahm wieder eine Professur an der Universität Wien. Dort verbrachte er seine letzten wissenschaftlich aktiven Jahre. Erwin Schrödinger starb am 4. Januar 1961 in Wien im Alter von 73 Jahren.

Sein wissenschaftliches Vermächtnis blieb jedoch bestehen.

Warum ist Erwin Schrödinger heute noch so wichtig?

Mehr als ein Jahrhundert nach der Entstehung der Quantenmechanik gehört die Schrödinger-Gleichung weiterhin zum grundlegenden Werkzeug der modernen Physik. Studenten lernen sie an Universitäten, Forscher verwenden sie für Berechnungen und viele Bereiche der Chemie, Materialwissenschaft und Technologie bauen auf den dahinterstehenden Prinzipien auf.

Seine berühmte Katze wiederum hat etwas geschafft, das nur wenigen wissenschaftlichen Gedankenexperimenten gelingt: Sie ist Teil unserer Popkultur geworden. Man findet Anspielungen auf Schrödingers Katze in Filmen, Serien, Büchern, Comics und Computerspielen.

Dabei steckt hinter dem humorvoll klingenden Bild eine ausgesprochen tiefgründige Frage: Wie wird aus den vielen Möglichkeiten der Quantenwelt die eindeutige Wirklichkeit, die wir jeden Tag erleben?

Fazit

Erwin Schrödinger war weit mehr als der Mann mit der berühmten Katze. Er gehörte zu jener außergewöhnlichen Generation von Wissenschaftlern, die unser Bild der Natur innerhalb weniger Jahrzehnte grundlegend veränderte.

Mit seiner Schrödinger-Gleichung schuf er eines der wichtigsten Werkzeuge der Quantenmechanik. Mit Schrödingers Katze machte er gleichzeitig deutlich, wie rätselhaft die Bedeutung dieser neuen Physik sein konnte. Seine Arbeiten beeinflussen Wissenschaft und Technik bis heute und zeigen eindrucksvoll, dass hinter den kleinsten Teilchen einige der größten Fragen unseres Universums verborgen liegen.

Vielleicht ist genau das der Grund, warum Schrödingers Katze auch nach fast 100 Jahren noch immer fasziniert. Sie erinnert uns daran, dass die Wirklichkeit manchmal wesentlich seltsamer sein kann, als unser Alltag vermuten lässt.

Quellen

Die Grundlage dieses Artikels bilden wissenschaftliche Originalwerke, biografische Quellen und etablierte Darstellungen zur Geschichte der Quantenmechanik. Dazu gehören Erwin Schrödinger: Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik (1935), in der auch das berühmte Katzen-Gedankenexperiment vorgestellt wurde, sowie Erwin Schrödinger: Was ist Leben? (What Is Life?, 1944). Ergänzend wurden Walter J. Moore: Schrödinger: Life and Thought(Cambridge University Press), Manjit Kumar: Quantum: Einstein, Bohr and the Great Debate About the Nature of Reality sowie Richard P. Feynman: QED – Die seltsame Theorie des Lichts und der Materie herangezogen. Biografische Daten und Informationen zu Schrödingers Nobelpreis beruhen außerdem auf den Angaben der Nobel Foundation beziehungsweise NobelPrize.org. Für die wissenschaftliche Einordnung der Quantenmechanik wurden zusätzlich Veröffentlichungen und Informationsangebote etablierter wissenschaftlicher Einrichtungen berücksichtigt.

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