1935年，薛定諤提出他的思想實(shí)驗(yàn)作為對(duì)EPR佯謬論文（EPR佯謬以文章作者愛因斯坦（Einstein）、波多爾斯基（Podolsky）和羅森（Rosen）的名字首字母命名）的討論。[6] EPR佯謬論文展示了量子疊加態(tài)的反直覺性質(zhì)，量子疊加態(tài)指一個(gè)量子系統(tǒng)(如一個(gè)原子或光子)可作為多個(gè)量子態(tài)的組合而存在，且每個(gè)量子態(tài)對(duì)應(yīng)不同的測(cè)量值。
根據(jù)當(dāng)時(shí)占據(jù)主流地位的哥本哈根詮釋，量子系統(tǒng)在與外部世界相互作用或被外部世界觀察到之前一直處于疊加狀態(tài)。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，疊加會(huì)塌縮為其中一種確定的狀態(tài)。EPR實(shí)驗(yàn)表明，一個(gè)由多個(gè)相距很遠(yuǎn)的粒子組成的系統(tǒng)可以處于這樣的疊加狀態(tài)。薛定諤和愛因斯坦互相通信討論關(guān)于EPR佯謬論文的問題，在信件中，愛因斯坦指出，給定一桶不穩(wěn)定的火藥桶，經(jīng)過一段時(shí)間后，該桶火藥理論上會(huì)處于爆炸和未爆炸的疊加態(tài)。
為進(jìn)一步說明這一現(xiàn)象，薛定諤描述了一種原則上可以宏觀尺度上產(chǎn)生疊加態(tài)的方法——使該大尺度系統(tǒng)依賴于位于疊加態(tài)的量子粒子。他提出了一個(gè)場(chǎng)景，一只貓被所在一個(gè)鋼鐵小屋中，貓的生死取決于一個(gè)具有放射性的原子是否發(fā)生衰變并產(chǎn)生輻射。薛定諤指出，根據(jù)哥本哈根詮釋，這只貓?jiān)诒挥^測(cè)前處于既活著又死了的狀態(tài)。薛定諤并不認(rèn)可會(huì)存在一只即死又活的貓，相反，他打算用這個(gè)例子來說明現(xiàn)有量子力學(xué)觀點(diǎn)的的謬誤之處。[7]
然而，自薛定諤時(shí)代以來，物理學(xué)家們提出了諸多其他關(guān)于量子力學(xué)的數(shù)學(xué)解釋，其中一些理論認(rèn)為一只處于“活與死”疊加態(tài)的貓是相當(dāng)真實(shí)的。[7][7] 意在批判哥本哈根詮釋(1935年的主流正統(tǒng)學(xué)說)的薛定諤的貓的思想實(shí)驗(yàn)，至今仍然是各種現(xiàn)代量子力學(xué)詮釋理論的試金石。物理學(xué)家經(jīng)常使用每種詮釋處理薛定諤的貓的方式來說明和比較每種詮釋的特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。
甚至可以構(gòu)造一個(gè)相當(dāng)荒謬的案例，一只貓被關(guān)在一個(gè)鋼制的小室里，同時(shí)小屋中配備以下裝置（必須確保儀器遠(yuǎn)離貓的直接干擾）：在蓋革計(jì)數(shù)器里放置極少量的放射性物質(zhì)，使其在一小時(shí)中有一個(gè)原子發(fā)生衰變的概率為50%；當(dāng)發(fā)生衰變時(shí)，計(jì)數(shù)管會(huì)放電，并通過繼電器釋放錘子，打碎一小瓶氫氰酸。把整個(gè)系統(tǒng)放置一小時(shí)，那么如果期間沒有發(fā)生原子衰變，則貓仍然活著，而一次原子衰變則會(huì)觸發(fā)氰化氫毒殺這只貓。由于放射性物質(zhì)處于衰變與未衰變的疊加態(tài)，故而整個(gè)系統(tǒng)的波函數(shù)將會(huì)包含一個(gè)由活著和死亡兩種狀態(tài)等概率的疊加的既活又死貓的狀態(tài)（原諒這種說法）。
類似這樣的典型案例將局限于原子領(lǐng)域的不確定性轉(zhuǎn)變?yōu)楹暧^的不確定性，通過觀測(cè)可以消除這種不確定。這使我們無法天真地接受采用這種“模糊模型”來表明現(xiàn)實(shí)物體的量子性。它本身的確不會(huì)包含任何不確定或矛盾的地方，然而圖片因搖晃失焦的模糊和本身就是云霧彌漫的照片之間是有本質(zhì)區(qū)別的。
薛定諤著名的思想實(shí)驗(yàn)提出了一個(gè)問題，“處于疊加態(tài)的量子系統(tǒng)何時(shí)脫離這種疊加態(tài)轉(zhuǎn)而塌縮為其中一個(gè)狀態(tài)？”（更嚴(yán)格地說，從何時(shí)起一個(gè)量子態(tài)不再是多個(gè)經(jīng)典態(tài)的非平凡線性組合，而是開始有一個(gè)唯一的經(jīng)典描述？） 如果貓還活著，那么它只會(huì)記得它活著的狀態(tài)。但是，EPR實(shí)驗(yàn)的解釋與標(biāo)準(zhǔn)的微觀量子力學(xué)一致地要求宏觀物體（如貓和筆記本）并不總是有唯一的經(jīng)典描述。薛定諤的思想實(shí)驗(yàn)闡明了這一明顯的悖論。我們的直覺告訴我們，沒有觀察者可以處于混合狀態(tài)——然而，上述思想實(shí)驗(yàn)卻表明貓可以處在生與死的疊加態(tài)。貓是否有必要成為觀察者，或者貓需要另一個(gè)外部觀察者使其能夠存在于一個(gè)單一且定義明確的經(jīng)典狀態(tài)中？愛因斯坦覺得每一種選擇都很荒謬，他對(duì)思想實(shí)驗(yàn)突出這些問題的能力印象深刻。在1950年寫給薛定諤的一封信中，他寫道:
只要一個(gè)人是誠實(shí)的，他就無法回避關(guān)于實(shí)體（可處于疊加態(tài)）的這種假設(shè)，當(dāng)代物理學(xué)家中除了勞厄（Max von Laue）外唯有你注意到這一點(diǎn)的。大多數(shù)物理學(xué)家根本看不到他們?cè)谂c現(xiàn)實(shí)玩著什么樣的危險(xiǎn)游戲，他們似乎認(rèn)為現(xiàn)實(shí)是獨(dú)立于實(shí)驗(yàn)的。然而，他們的解釋被你的放射性原子+放大器+火藥+貓的盒子系統(tǒng)以最優(yōu)雅的方式駁斥了，盒子系統(tǒng)的波函數(shù)同時(shí)包含著完好無缺的和炸成碎片的貓。沒有人會(huì)真正質(zhì)疑貓的存在與否是獨(dú)立于觀察行為的。[8]
請(qǐng)注意，薛定諤的裝置中沒有提到火藥，它使用蓋革計(jì)數(shù)器作為放大器，使用氫氰酸毒藥代替火藥?；鹚幨窃?5年前愛因斯坦給薛定諤的最初建議中提到的，愛因斯坦把它帶到了現(xiàn)在的討論中。
自薛定諤時(shí)代以來，物理學(xué)家們提出了其他多種關(guān)于量子力學(xué)的詮釋，這些詮釋對(duì)薛定諤貓的思想實(shí)驗(yàn)中提出的疊加持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間以及它們何時(shí)(或是否)塌縮的問題給出了不同的答案
哥本哈根詮釋是一種被廣泛接受的量子力學(xué)詮釋。[9] 按照哥本哈根詮釋，當(dāng)被觀察時(shí)，一個(gè)量子系統(tǒng)將不再處于疊加態(tài)，而是塌縮為其中任意一種狀態(tài)。薛定諤的思想實(shí)驗(yàn)清楚的表明，在哥本哈根詮釋中，測(cè)量或觀察的概念并沒有得到很好的定義。當(dāng)采用哥本哈根詮釋分析薛定諤的思想實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)盒子關(guān)閉時(shí)，系統(tǒng)處于“衰變的原子核/死貓”和“未衰變的原子核/活貓”疊加態(tài)中，并且只有當(dāng)盒子打開并進(jìn)行觀察時(shí)，波函數(shù)才會(huì)塌縮成這兩種狀態(tài)之一。
然而，與哥本哈根詮釋密切相關(guān)的主要物理學(xué)家之一的尼爾斯·玻爾（Niels Bohr）從來不認(rèn)為是觀測(cè)者引起了波函數(shù)塌縮，因?yàn)樗徽J(rèn)為波函數(shù)是物理上真實(shí)存在的，而只是一種統(tǒng)計(jì)工具；因此，薛定諤的貓對(duì)他來說并不是什么謎題。在有意識(shí)的觀察者打開盒子之前，貓就已經(jīng)處于死了或者活著的狀態(tài)。[10] 仔細(xì)分析一個(gè)真實(shí)的實(shí)驗(yàn)過程會(huì)發(fā)現(xiàn)，在有意識(shí)的觀察者對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行觀察之前，測(cè)量本身(例如蓋革計(jì)數(shù)器)就會(huì)使量子波函數(shù)發(fā)生塌縮，[11] 盡管關(guān)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的有效性還存在爭(zhēng)議。[12] 這種當(dāng)原子核發(fā)射的粒子擊中探測(cè)器時(shí)“觀察”就已經(jīng)發(fā)生的觀點(diǎn)可以發(fā)展成客觀塌縮理論。按照這種觀點(diǎn)，薛定諤思想實(shí)驗(yàn)中是探測(cè)器的“無意識(shí)觀察”使波函數(shù)發(fā)生塌縮。相比之下，多世界理論從根本上否認(rèn)曾經(jīng)發(fā)生過塌縮。
1957年，休·埃弗雷特（Hugh Everett）提出了量子力學(xué)的多世界詮釋，它并不把觀察視為一個(gè)特殊的過程。在多世界詮釋中，貓的生和死的狀態(tài)在盒子打開后仍然存在，但是彼此之間發(fā)生了退相干的。換句話說，當(dāng)盒子打開時(shí)，觀察者和貓分裂成兩個(gè)分支：觀察者看著盒中的死貓和觀察者看著盒中的活貓。但是由于死態(tài)和活態(tài)是退相干的，它們之間無法發(fā)生有效的信息交流或相互作用。
當(dāng)打開盒子時(shí)，觀察者與貓糾纏在一起，于是形成了對(duì)應(yīng)貓的生與死的“觀察者狀態(tài)”；每個(gè)觀察狀態(tài)都與貓糾纏或聯(lián)系在一起，因此“貓狀態(tài)的觀察”和“貓的狀態(tài)”彼此相互對(duì)應(yīng)。量子退相干確保不同的結(jié)果間沒有相互作用。同樣的，量子退相干機(jī)制對(duì)于解釋歷史的一致性也很重要。在多世界詮釋中，只有“死貓”或“活貓”的態(tài)可以成為一個(gè)一致性歷史的一部分。退相干通常被認(rèn)為避免了同時(shí)對(duì)多個(gè)疊加態(tài)進(jìn)行觀察。[13][14]
宇宙學(xué)家馬克斯·泰格馬克提出了薛定諤的貓實(shí)驗(yàn)的一個(gè)變體，稱為量子自殺機(jī)器。它從貓的角度考察了薛定諤的貓實(shí)驗(yàn)，并認(rèn)為通過使用這種方法，人們可能能夠區(qū)分哥本哈根詮釋和多世界詮釋。
系綜詮釋指出疊加態(tài)不過是一個(gè)更大的統(tǒng)計(jì)系綜的子系綜。態(tài)矢量不適用于單個(gè)的貓實(shí)驗(yàn)，而僅適用于許多大量類似的貓實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。這種詮釋的支持者認(rèn)為這使得薛定諤的貓悖論成為一個(gè)無關(guān)緊要的平凡問題。
這種詮釋拋棄了單一量子物理系統(tǒng)有一個(gè)對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)描述的觀點(diǎn)。
關(guān)系詮釋認(rèn)為人類實(shí)驗(yàn)者、貓或儀器之間，或生命體和非生命體之間沒有本質(zhì)區(qū)別；所有這些都是遵循相同的波函數(shù)演化規(guī)則的量子系統(tǒng)，都可以被認(rèn)為是“觀察者”。但是關(guān)系詮釋允許不同的觀察者根據(jù)他們所掌握的關(guān)于系統(tǒng)的信息，對(duì)同一系列事件給出不同的描述。[15] 貓可以被認(rèn)為是實(shí)驗(yàn)裝置的觀察者；同時(shí)，實(shí)驗(yàn)者可以被認(rèn)為是盒子系統(tǒng)(貓加上儀器)的一個(gè)觀察者。在盒子被打開之前，貓，根據(jù)其活著或死亡的狀態(tài)，擁有關(guān)于設(shè)備狀態(tài)的信息(原子已經(jīng)衰變或沒有衰變)；但是實(shí)驗(yàn)者并不掌握這些信息。這樣，在同一時(shí)刻兩位觀察者對(duì)盒子系統(tǒng)的狀態(tài)有不同的描述：對(duì)貓來說，儀器的波函數(shù)“塌縮”了；對(duì)實(shí)驗(yàn)者來說，盒子系統(tǒng)仍然處于疊加態(tài)。直到盒子被打開，兩個(gè)觀察者對(duì)所發(fā)生的事情都有了相同的信息，兩個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)才會(huì)看起來“塌縮”成相同的確定結(jié)果，即貓?zhí)幱诨钪倪€是死亡的狀態(tài)。
在交易詮釋中，實(shí)驗(yàn)設(shè)備發(fā)射一個(gè)逆時(shí)間方向行進(jìn)的超前波，超前波與源發(fā)射的順時(shí)間方向行進(jìn)的波相互作用形成駐波。這些波被認(rèn)為是物理上真實(shí)的，而實(shí)驗(yàn)裝置是它們的一個(gè)“觀察者”。在交易詮釋中，波函數(shù)的塌縮是“非時(shí)間性的”，發(fā)生在源和設(shè)備發(fā)出的波之間的整個(gè)交易過程中。貓從未處于疊加態(tài)。相反，貓?jiān)谌魏翁囟〞r(shí)間都只處于一種狀態(tài)，不管人類實(shí)驗(yàn)者什么時(shí)候看盒子。這樣交易詮釋就解決了這個(gè)量子悖論。
量子芝諾效應(yīng)指通過高頻率觀測(cè)延緩量子從初始狀態(tài)到其他狀態(tài)的演化。
另一方面，存在可以加速量子系統(tǒng)演化的反芝諾效應(yīng)。例如，如果你頻繁地偷看貓盒子里的東西，你可能會(huì)延遲或者加速?zèng)Q定性選擇的發(fā)生。芝諾效應(yīng)和反芝諾效應(yīng)都是真實(shí)存在并且已在真實(shí)的原子系統(tǒng)中觀測(cè)到。被測(cè)量的量子系統(tǒng)必須與周圍環(huán)境（在本例中是儀器、實(shí)驗(yàn)室等等）強(qiáng)耦合以便獲得更準(zhǔn)確的信息。在薛定諤的貓實(shí)驗(yàn)中當(dāng)沒有信息傳遞到盒子外部時(shí)，這種與環(huán)境的耦合被認(rèn)為是一種準(zhǔn)測(cè)量，一旦貓的健康信息傳遞到外部世界（通過窺視盒子），準(zhǔn)測(cè)量就變成了測(cè)量。準(zhǔn)測(cè)量像測(cè)量一樣會(huì)導(dǎo)致量子芝諾效應(yīng)。[16] 量子芝諾效應(yīng)告訴我們，即使沒有窺視盒子，貓的死亡也會(huì)因?yàn)榄h(huán)境而被延遲或加速。。
根據(jù)客觀塌縮理論，當(dāng)達(dá)到客觀物理閾值(時(shí)間、質(zhì)量、溫度、不可逆性等)時(shí)，疊加態(tài)就會(huì)自發(fā)地被破壞(與外部觀察無關(guān))。因此，在盒子被打開之前很久，貓應(yīng)該已經(jīng)穩(wěn)定在一個(gè)確定的狀態(tài)。這可以粗略地稱為“貓觀察自己”，或者“環(huán)境觀察貓”。
客觀塌縮理論需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)量子力學(xué)進(jìn)行修改，以允許疊加態(tài)被時(shí)間演化過程破壞。
薛定諤貓的思想實(shí)驗(yàn)是純粹理論性的，其中涉及的實(shí)驗(yàn)裝置并非實(shí)際建成。然而，很多涉及類似原理的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)取得成功，例如一些相對(duì)較大(相對(duì)量子物理標(biāo)準(zhǔn)而言)系統(tǒng)的疊加態(tài)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。[17] 這些實(shí)驗(yàn)并沒有表明與貓大小一樣的物體可以處于重疊態(tài)，但是它們提升了存在“貓態(tài)”的系統(tǒng)的尺寸上限。在很多實(shí)驗(yàn)中，這種狀態(tài)只能短暫維持，即使冷卻到接近絕對(duì)零度。
在量子計(jì)算中，“貓態(tài)”有時(shí)指的是GHZ態(tài)（Greenberg-Horne-Zeilinger態(tài)），其中若干量子比特處于全為0和全為1兩種態(tài)的相等疊加態(tài)，可表示為：
“維格納的朋友”是薛定諤的實(shí)驗(yàn)的一個(gè)變體，其包含兩個(gè)人類觀察者：第一個(gè)觀察者通過觀察確定是否看到閃光，然后將他的觀察結(jié)果傳達(dá)給第二個(gè)觀察者。這里的問題是，波函數(shù)何時(shí)“塌縮”？是在第一個(gè)觀察者觀察實(shí)驗(yàn)時(shí)“塌縮”，還是只在當(dāng)?shù)诙€(gè)觀察者被告知第一個(gè)觀察者的觀察結(jié)果時(shí)“塌縮”？
另一方面，一些著名的物理學(xué)家甚至認(rèn)為，通過一種偽薛定諤貓的效應(yīng)，天文學(xué)家們?cè)?998年對(duì)宇宙暗能量的觀測(cè)可能會(huì)“縮短宇宙的預(yù)期壽命”，盡管這是一個(gè)非常有爭(zhēng)議的觀點(diǎn)。[24][25]
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