概述
薛定谔之貓是對量子世界的内在模糊性可以用一個簡單的例子說明。
把一個電子裝入黑盒中，根據海森堡不确定性原理，該電子以相等的的可能性位于盒中任何一個地方。現假設插入一塊屏将盒子分成A、B兩腔，在我們未窺視之前，該電子以相同的可能性處于兩腔室之中，就像每腔中存在一個電子幽靈。隻有當觀察者确認它在某一腔時，另一腔的電子幽靈才即時性地消失。即使此時A、B兩腔已經被分離開并被移到數百萬光年的距離，使兩者之間不可能有任何有效的信息傳遞，這種即時性的聯系依然存在。量子力學的奠基人薛定谔早就察覺到這種詳謬可以放大到宏觀級上的出現，他在一個著名的思想實驗中設計如下：
“一隻貓關在黑盒中，盒中有很小一塊輻射物質，按它的衰變幾率，一個小時内可能有一個原子衰變，或許沒有一個原子衰變。通過一個機構，衰變變原子可以打開一個氫酸瓶。所以，沒有原子衰變時，貓是活的；反之是死的。”
由于量子世界的不穩定性，這隻可憐的貓将處在懸而未決的死活狀态中，直到某個觀察者窺視時，它要麼生機勃勃，要麼立即死亡。
貓的詳謬摧毀了我們把量子幽靈局限于微觀世界的願望。如果遵循量子理論的邏輯，則大部分物理宇宙将處于不穩定的狀态。
提出詳情
薛定谔在1935年發表了一篇論文，題為《量子力學的現狀》，在論文的第５節，薛定谔描述了那個常被視為惡夢的貓實驗：哥本哈根派說，沒有測量之前，一個粒子的狀态模糊不清，處于各種可能性的混合疊加。比如一個放射性原子，它何時衰變是完全概率性的。隻要沒有觀察，它便處于衰變／不衰變的疊加狀态中，隻有确實地測量了，它才會随機的選擇一種狀态而出現。
那麼讓我們把這個原子放在一個不透明的箱子中讓它保持這種疊加狀态。現在薛定谔想象了一種結構巧妙的精密裝置，每當原子衰變而放出一個中子，它就激發一連串連鎖反應，最終結果是打破箱子裡的一個毒氣瓶，而同時在箱子裡的還有一隻可憐的貓。事情很明顯：如果原子衰變了，那麼毒氣瓶就被打破，貓就被毒死。要是原子沒有衰變，那麼貓就好好地活着。
自然的推論
當它們都被鎖在箱子裡時，因為我們沒有觀察，所以那個原子處在衰變／不衰變的疊加狀态。因為原子的狀态不确定，所以貓的狀态也不确定，隻有當我們打開箱子察看，事情才最終定論：要麼貓躺在箱子裡死掉了，要麼它活蹦亂跳地“喵嗚”直叫。問題是，當我們沒有打開箱子之前，這隻貓處在什麼狀态？似乎唯一的可能就是，它和我們的原子一樣處在疊加态，這隻貓當時陷于一種死／活的混合。
一隻貓同時又是死的又是活的？它處在不死不活的疊加态？這未免和常識太過沖突，同時在生物學角度來講也是奇談怪論。如果打開箱子出來一隻活貓，那麼要是它能說話，它會不會描述那種死／活疊加的奇異感受？恐怕不太可能。換言之，薛定谔貓概念的提出是為了解決愛因斯坦的相對論所帶來的祖母悖論，即平行宇宙之說。
各界疑惑
諸多量子困惑
盡管量子論的誕生已經過了一個世紀，其輝煌鼎盛與繁榮也過了半個世紀。但是量子理論曾經引起的困惑至今仍困惑着人們。正如玻爾的名言：“誰要是第一次聽到量子理論時沒有感到困惑，那他一定沒聽懂。”薛定谔的貓就是諸多量子困惑中有代表性的一個。
原子核的衰變
原子核的衰變是随機事件，物理學家所能精确知道的隻是半衰期——衰變一半所需要的時間。如果一種放射性元素的半衰期是一天，則過一天，該元素就少了一半，再過一天，就少了剩下的一半。但是，物理學家卻無法知道，它在什麼時候衰變，上午，還是下午。當然，物理學家知道它在上午或下午衰變的幾率——也就是此貓在上午或者下午死亡的幾率。
薛定谔之貓
如果我們不揭開密室的蓋子，根據我們在日常生活中的經驗，可以認定，此貓或者死，或者活。這是她的兩種本征态。但是，如果我們用薛定谔方程來描述薛定谔貓，則隻能說，她處于一種活與不活的疊加态。我們隻有在揭開蓋子的一瞬間，才能确切地知道此貓是死是活。此時，貓的波函數由疊加态立即收縮到某一個本征态。 量子理論認為：如果沒有揭開蓋子，進行觀察，我們永遠也不知道此貓是死是活，她将永遠到處于半死不活的疊加态。這與我們的日常經驗嚴重相違，要麼死，要麼活，怎麼可能不死不活，半死半活？
薛定谔挖苦說：按照量子力學的解釋，箱中之貓處于“死－活疊加态”——既死了又活着！要等到打開箱子看貓一眼才決定其生死。（請注意！不是發現而是決定，僅僅看一眼就足以緻命！）正像哈姆雷特王子所說：“To be or not to be,that was a question."隻有當你打開盒子的時候，疊加态突然結束（在數學術語就是“坍縮（collapse）”），哈姆雷特王子的猶豫才終于結束，我們知道了貓的确定态：死，或者活。哥本哈根的幾率诠釋的優點是：隻出現一個結果，這與我們觀測到的結果相符合。
但是有一個大的問題：它要求波函數突然坍縮。但物理學中沒有一個公式能夠描述這種坍縮。盡管如此，長期以來物理學家們出于實用主義的考慮，還是接受了哥本哈根的诠釋。付出的代價是：違反了薛定谔方程。這就難怪薛定谔一直耿耿于懷了。
深刻意義
一隻貓同時又是死的又是活的？它處在不死不活的疊加态？這未免和常識太過沖突，同時在生物學角度來講也是奇談怪論。如果打開箱子出來一隻活貓，那麼要是它能說話，它會不會描述那種死/活疊加的奇異感受？恐怕不太可能。 換言之，“薛定谔貓”概念的提出是為了解決愛因斯坦的相對論所帶來的祖母悖論，即平行宇宙之說。
薛定谔貓佯謬實際上提出了一個十分重要的問題：什麼是量子力學的觀測？觀察或測量都與人的主觀有關，而人在箱外，所以必須打開箱子才能決定貓的死活。誰都知道箱中貓的死活是由鈾的衰變決定的——衰變前貓是活的，衰變後貓就死了，這與是否有人打開箱子進行觀察毫不相幹。所以毛病出在觀測的主觀性上，應該朝這個方向尋根究底。
微觀的觀測與宏觀的觀測有所不同。宏觀的觀測對被觀測對象沒有什麼影響。俗話說：“看一眼總行吧。”意思是對所看之物并無影響，用不着擔心。微觀的觀測對被觀測對象有影響，會引起變化。以觀測電子為例，要用光照才能看見，光的最小單位光子的能量雖小但不是零，光子照到被觀測的電子上，對電子的影響很大。所以，在微觀世界中看一眼也會惹禍！
量子力學認為，觀測的結果使得被觀測對象的狀态改變了：一個确定态從原先不确定的疊加态中蹦了出來。再追究下去，觀測無非是觀測手段（如光子）與被觀測對象（如電子）之間的一種相互作用，這種相互作用并不一定與觀測者聯系起來，後者可以用檢測器之類的儀器代替。經過幾十年的探索，物理學家終于認識到：在由疊加态到确定态的轉變中，觀測曾經扮演的角色應該以相互作用來代替，這樣不僅更普遍而且更客觀。具體到薛定谔貓佯謬，就能将人的主觀因素完全排除——貓的死活不是由人開箱看貓一眼所決定的。
讀者會說：“不就是一隻假想的貓嗎，讓霍金開槍打死不就完了。”事情并非那麼簡單，否則許多物理學大師就不會那麼孜孜以求了。薛定谔貓佯謬衍生出更深刻的問題：大量原子、分子所構成的生物與這些微觀粒子遵從的量子力學規律之間的關系究竟是什麼？這不僅是重要的理論問題，而且具有實際意義。
例如，自我意識的機制至今仍然是未解之謎，有人認為可能與量子力學或者更深層次的微觀規律有關。再如思維過程中的“頓悟”，會不會與前述之“一個确定态就從原先不确定的疊加态中蹦了出來”有關呢？可能有關的還有：生命的起源、物種的變異、光合作用的機制……如此等等。總之，生命的秘密和思維的奧妙不可能與量子力學的規律無關。這就難怪薛定谔後來轉而對生命科學很感興趣了。1946年他寫出了著名的《生命是什麼》一書，提出了一些很有創見的觀點。遺憾的是，在他有生之年，那可憐的箱中之貓依然生死不明。
“薛定谔貓”是被作為質疑量子力學的極端例子提出來的，但圍繞着它一系列量子力學基本問題的研究，其寓意是十分深刻的。一方面，薛定谔貓為我們提供了從量子力學過渡到經典力學的範例，使人們充分領略到退相幹過程的基本物理含義，并尋求比量子力學更基本的底層理論；另一方面，由于人們能夠在特殊的條件下，制備出各種各樣薛定谔貓态，使得量子力學适用的領域，從微觀直接延伸到宏觀，其進一步應用有可能發現新的、更宜于實際實現的量子信息載體。
的确，站在量子與經典邊界上的“薛定谔貓”告訴了我們許多自然界的秘密，雖然到目前為止，我們尚不能确切地知道這個邊界究竟在哪裡。尋求量子與經典邊界的研究，或許會導緻二十一世紀物理學的重大進展。
實驗研究
物理學是實驗科學，一切要由實驗來判定。較早的一批關于“薛定谔貓”的實驗是将處于疊加态的單個原子或分子從周圍環境中孤立起來，然後以可控制的方法使之相互作用，以觀察其變化。結果發現，關鍵在于環境的相互作用，它導緻原先的量子疊加态轉變為經典的确定态。但是将這些實驗對象當作薛定谔貓是一種極度的簡化，單個原子或分子與薛定谔貓相去何止十萬八千裡。
1996年5月，美國科羅拉多州博爾德的國家标準與技術研究所（NIST）的Monroe等人用單個铍離子作成了“薛定谔的貓”并拍下了快照，發現铍離子在第一個空間位置上處于自旋為正的狀态，而同時又在第二個空間位置上處于自旋為負的狀态，而這兩個狀态相距80納米之遙！（1納米為1米的十億分之一）——這在原子尺度上是一個巨大的距離。想像這個铍離子是個通靈大師，他在紐約與喜馬拉雅同時現身，一個他正從摩天樓頂往下跳傘；而另一個他則正爬上雪山之巅！——量子的這種“化身博士”特點，物理學上稱“量子相幹性”。在早期的楊氏雙縫實驗中，單個光粒子即以優美的波粒二象性，輕巧地同時穿過兩條狹縫，在觀察屏上制造出一幅美麗的明暗相幹條紋。
2000年7月，《自然》報道了最新的實驗結果。這次《自然》報道的實驗與上述那些實驗不同。紐約州立大學石溪分校弗裡德曼（J. R. Friedman）等人拿來做實驗的“薛定谔貓”不是單個粒子，而是在接近絕對零度的超導體環形電路中由幾十億對電子構成的超導流。實驗證明，這種由大量粒子構成的宏觀量子系統也可以處于疊加态——相當于薛定谔貓的“死－活疊加态”。幾十億對電子構成的超導流當然還不能與幾億億億個原子構成的貓相比，但較之單個原子分子畢竟前進了一大步。所以有人驚呼：“薛定谔貓變胖了！”
下一步是否拿一隻真的貓來做實驗呢？不可能！首先是無法将之與周圍環境隔離——置于真空中的貓馬上會死掉。其次，與接近絕對零度的超導流不同，常溫下的貓根本不是宏觀量子系統，何來疊加态？而且也沒有必要做這樣的實驗，物理學家根據現有的實驗結果，對薛定谔貓為什麼不可能有“死－活疊加态”已能作出符合量子力學的解釋。
2005年12月，美國國家标準和技術研究所的萊布弗裡特等人在《自然》雜志上稱，他們已實現擁有粒子較多而且持續時間最長的“薛定谔貓”态。實驗中，研究人員将铍離子每隔若幹微米“固定”在電磁場阱中，然後用激光使铍離子冷卻到接近絕對零度，并分三步操縱這些離子的運動。為了讓盡可能多的粒子在盡可能長的時間裡實現“薛定谔貓”态，研究人員一方面提高激光的冷卻效率，另一方面使電磁場阱盡可能多地吸收離子振動發出的熱量。最終，他們使6個铍離子在50微秒内同時順時針自旋和逆時針自旋，實現了兩種相反量子态的等量疊加糾纏，也就是“薛定谔貓”态。
奧地利因斯布魯克大學的研究人員也在同期《自然》雜志上報告說，他們在8個離子的系統中實現了“薛定谔貓”态，但維持時間稍短。
科學家稱，“薛定谔貓”态不僅具有理論研究意義，也有實際應用的潛力。比如，多粒子的“薛定谔貓”态系統可以作為未來高容錯量子計算機的核心部件，也可以用來制造極其靈敏的傳感器以及原子鐘、幹涉儀等精密測量設備。
實驗
麻省大學波城分校的K.Jacobs所領導的小組設計了一個可能實現這個理論的實驗。2012年，加州大學伯克利分校的R.Vijay所領導的小組完成名為《量子位的量子反饋控制》的弱觀測實驗(論文PDF)，其結果被發表在了2012年10月的《自然》上。
觀測的對象是一個超導回路，由于超導體的特殊性質，這個回路能儲存一個量子位(qubit)的信息。——經典的比特位隻能是0或者1，而量子位可以是0和1的疊加态。接着，這個回路進入了│0>态和在│1>态之間的高頻振動狀态，使得系統會經曆所有的疊加态。然後，我們開始測量這個振動的頻率，而不是去觀測這個振動在某一時刻處于│0>或者處于│1>，或者是兩者之間的某個狀态。
附錄
量子力學的诠釋
哥本哈根诠釋：
哥本哈根诠釋是建立在由德國數學家、物理學家Max Born所提出的“波函數的概率表達”上，之後發展為著名的不确定原理，即震動中的微粒子——量子的類弦的決定論诠釋。把電子波與發現概率聯系起來，并主張“波包塌縮”的一種對物質——波的量子論解釋，已經成為量子論的标準诠釋。其在很長的一段時間成了“正統的”、“标準的”诠釋。但那隻不死不活的貓卻總是像惡夢一樣讓物理學家們不得安甯。
格利賓在《尋找薛定谔的貓》中想告訴我們的是，哥本哈根诠釋在哪兒失敗，以及用什麼诠釋可以替代它。
多世界诠釋：
格利賓在書中寫道：“埃弗雷特……指出兩隻貓都是真實的。有一隻活貓，有一隻死貓，但它們位于不同的世界中。問題并不在于盒子中的放射性原子是否衰變，而在于它既衰變又不衰變。當我們向盒子裡看時，整個世界分裂成它自己的兩個版本。這兩個版本在其餘的各個方面都是全同的。唯一的區别在于其中一個版本中，原子衰變了，貓死了；而在另一個版本中，原子沒有衰變，貓還活着。”
1957年，埃弗雷特提出的“多世界诠釋”似乎為人們帶來了福音，雖然由于它太離奇開始沒有人認真對待。格利賓認為，多世界诠釋有許多優點，由此它可以代替哥本哈根诠釋。
也就是說，上面說的“原子衰變了，貓死了；原子沒有衰變，貓還活着”，這兩個世界将完全相互獨立地演變下去，就像兩個平行的世界一樣。格利賓顯然十分贊賞這一诠釋，所以他接着說：“這聽起來就像科幻小說，然而……它是基于無懈可擊的數學方程，基于量子力學樸實的、自洽的、符合邏輯的結果。”“在量子的多世界中，我們通過參與而選擇出自己的道路。在我們生活的這個世界上，沒有隐變量，上帝不會擲骰子，一切都是真實的。”按格利賓所說，愛因斯坦如果還活着，他也許會同意并大大地贊揚這一個“沒有隐變量，上帝不會擲骰子”的理論。
這個诠釋的優點是：薛定谔方程始終成立，波函數從不坍縮，由此它簡化了基本理論。它的問題是：設想過于離奇，付出的代價是這些平行的世界全都是同樣真實的。這就難怪有人說：“在科學史上，多世界诠釋無疑是目前所提出的最大膽、最野心勃勃的理論。”
系綜诠釋
系綜诠釋指出疊加态僅僅是一個更大的統計系綜的一部分。态矢量并不适用于單個的貓實驗，而僅僅适用于被類似準備的許多貓實驗的統計。這種诠釋的支持者說這使得薛定谔的貓佯謬成為了一個沒有意義的，不是問題的東西。[5]
其他诠釋
相關诠釋沒有對人類實驗者、貓或儀器，或者生命系統與非生命系統之間做本質之上的區分；都是遵循相同的波函數演化定律的量子系統，都可以被認為是“觀察者”。但相關诠釋允許不同的觀察者可以對相同的系列事件給出不同的描述，這些描述取決于它們所擁有的關于這個系統的信息。
貓可以被認為是儀器的一個觀察者；同時，實驗者可以被認為是盒内系統（貓加儀器）的另一個觀察者。在盒子被打開之前，貓，因其天然地有生或死，擁有了對儀器狀态（原子是否衰變）的信息；但實驗者并沒有關于盒内之物的信息。這樣，兩個觀察者同時對當前的情形有了不同的描述：對貓來說，儀器的波函數表現為“坍縮”；對實驗者來說，盒内之物表現為疊加态。直到盒子被打開，兩個觀察者擁有了對于發生了什麼的相同的信息，兩個系統狀态才表現為“坍縮”成同樣确切的結果，一隻貓是活的或是死的。
本身存在的問題
首先就這個貓的裝置的假設來說，是因為這個假設造成了人的概念上的矛盾，并非實際試驗中産生了什麼矛盾。那麼有沒有人實際操作這個實驗呢？是否在多次實驗後有什麼收獲呢？
既然隻能文字交流，那還是先繼續在假設概念的中來分析一下。
如果實驗中，觀察者打開箱子，觀察到貓死了，或者觀察到貓還活着，那麼這個觀察到的結果一點問題也沒有，也不存在什麼佯謬。佯謬是出現在人還沒有進行實際觀察，去妄想對箱内的貓的情況做判斷，那麼，這種判斷的确定是能夠以推論完全确定下來麼？還是說必須以實際觀察來确定呢？
把這個假設簡化一下，就是一個不透明的箱子裝了一隻貓，在不打開箱子做實際觀察的情況下，觀察者能确定箱内貓的狀态麼？應該說即便是這個簡單的模型，觀察者在未做出實際觀察的情況下，都不能真正的确定貓的狀态，原因就是在壓根就沒有真正發生“觀察”這個事件的時候，怎麼可能有“觀察結果”？？？無論用什麼方法推論、邏輯判斷、猜測、妄想、假設，無論所謂的“概率”“可能性”這些概念多麼的“完善”或“靠譜”，都不等于真實觀察的結果。
所以不論預先的假設怎樣，都不可能等于實際觀察的結果，即便實際觀察結果和預想一緻，也不能把“判斷”“推論”“設想”和真實觀察等同起來，即便經過千百萬次的觀察之後，能夠言之鑿鑿地确信下一次的觀察還會是一樣的結果，這種判斷依然不代表實際的觀察結果。這就說明了一個問題，由于人對自我思維能力的盲目自信，掩蓋了僅僅思維不等于真實觀察這個基本事實，所以才會在自己的思維裡打轉，所以才會有所謂的“佯謬”，對于現實世界正在發生的事物，是不存在“佯謬”的。
客觀坍縮理論
根據客觀坍縮理論，疊加态在某些客觀的物理阈值（時間、質量、溫度、不可逆性等）達到的時候會自發地被破壞。因此，貓會在盒子被打開以前早就處在一個确切的狀态。這可以被不嚴謹地說成“貓觀察它自己”或“環境觀察貓”。
薛定谔方程
埃爾溫·薛定谔創立了被稱為量子力學分支中的一個方程。後來被稱之為薛定谔方程:量子理論是20世紀科學的重大進展之一，但由于量子力學對傳統觀念所帶來的巨大沖擊，連“量子”的提出者在内的科學家都想盡各種辦法拒絕它，或做出各種調和性的解釋。事實上，薛定谔被量子力學的結果弄得心神不安，他不喜歡波粒二象性的二元解釋以及波的統計解釋，試圖建立一個隻用波來解釋的理論。
對于量子力學的争議
量子力學告訴我們：除非進行觀測，否則一切都是不真實的。愛因斯坦和少數非主流派物理學家拒絕接受由薛定谔及其同事創立的理論結果。愛因斯坦認為，量子力學隻不過是對原子及亞原子粒子行為的一個合理的描述，是一種唯象理論，它本身不是終極真理。他說過一句名言：“上帝不會擲骰子。”他不承認薛定谔的貓的非本征态之說，認為一定有一個内在的機制組成了事物的真實本性。他花了數年時間企圖設計一個實驗來檢驗這種内在真實性是否在起作用，但他沒有完成這個計劃就去世了。
