12月19日，记者从海南大学获悉，该校物理与光电工程学院教授蔡庆宇团队在“时间箭头”与熵增原理这一跨越百年的基础科学难题上取得了新进展。该团队揭示出量子系统关联产生的不可逆性，从量子力学层面为熵增规律与时间箭头的诠释提供了理论基础。相关成果近日发表在期刊《物理学年鉴》上。
物理史上对于“微观层面的动力学规律是时间可逆的，但感受到的宏观世界却存在单向的‘时间箭头’”这个问题始终存疑。热力学第二定律指出，孤立系统的熵永不自发减少，而量子力学中封闭系统的演化却是可逆的，这一深刻矛盾构成了物理学的基础性难题。
针对这一难题，团队从关联视角给出了突破性的理论解答，首次证明了一个关键性的“不可行定理”：在封闭量子系统中，不存在任何普适的物理操作能够完全消除任意未知量子态之间的关联。团队基于此建立了一个统一的理论框架：将热量从高温流向低温、孤立系统向平衡态演化以及退相干等不可逆现象，归因于关联在演化过程中持续生成且难以逆转。
该结果表明，关联产生具有本质上的不可逆，突破了此前的理论矛盾。中国科学院院士孙昌璞对此项成果给予了高度评价：“这一工作从量子力学层面为熵增规律与时间箭头的诠释提供了坚实的理论基础，深刻揭示了量子与经典关联在物理中的核心作用，触及了一个根本性的科学问题，具有重要的理论意义。”
相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.aop.2025.170318
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