海南大學團隊提出基於量子關聯性的時間之箭新理論

人類對於時間的不可逆性，即「時間之箭」的單向流逝，長期以來是物理學的核心疑問之一。近期，中國海南大學物理學家蔡慶宇領銜的研究團隊，提出了一項嶄新的理論，旨在闡明時間方向性，此解釋獨立於傳統的熱力學時間之箭（熵增原理）。該研究成果於2025年底發表，為這一跨越百年的基礎科學難題提供了新的量子力學視角。

在古典力學與相對論的框架下，物理定律在時間上具有同步性，理論上允許時間倒流，然而，我們日常經驗中的過程，如玻璃破碎，卻是顯著不可逆的。蔡慶宇的團隊從量子角度切入，著重於量子關聯性，並指出其新解釋建立在熱力學第二定律的基礎上，特別是量子系統中糾纏（entanglement）增加的速率。該團隊的理論強調，當兩個量子粒子相互作用時，會建立起量子連結，如同一次資訊的「握手」。

該研究透過一個數學上的「禁令定理」（no-go theorem），證明了一旦這些量子關聯建立，便不存在任何物理過程能夠抹除或恢復粒子的初始資訊，此特性獨立於其環境狀態。這種不可恢復的資訊傳遞過程，被研究團隊認為是時間流逝自動且單向性的根本來源。此發現的獨特之處在於，它不依賴於外部的觀測或測量，而是源於量子系統內部的動力學。儘管先前有研究推測，與環境的量子糾纏增加會導致「退相干」現象並形成時間之箭，但蔡慶宇的理論著重於，正是這種不可逆的關聯記錄本身，構成了時間之箭的基礎。

此理論的意涵深遠：過去對時間倒轉的假設，將需要違反支配現實結構的基本定律，因為過去的資訊已透過此過程內在地編碼於當下。對於科學界而言，此理論成功地在量子力學與日常經驗之間架起了一座橋樑，確立了我們時間的獨特軌跡即為我們存在的單一軌跡。中國科學院資深理論物理學家孫昌浦對此研究給予高度評價，認為其深入探討了科學中最深刻的問題之一，有助於連結微觀物理定律與我們日常所經歷的現實。

進一步的實驗，例如那些在開放量子系統中展示不可逆量子關聯性的實驗，持續支持著我們所假設的時間的表觀穩定性可能並非如我們所想的那般靜態。這些研究共同豐富了我們對時間本質的理解，即時間的方向性可能與量子層面的資訊處理和關聯性緊密相連。