東京大學的一個研究小組僅利用微觀世界的基本定律——量子力學,成功地從理論上推導了宏觀世界的基本定律——熱力學第二定律。
熱力學應用於熱機和化學反應等廣泛領域,並支配著我們的日常生活。熱力學第二定律尤其重要,它是熵增定律。例如,如果將熱咖啡放在室溫的空氣中,它會冷卻下來,但相反,冷咖啡不會自行變熱。 ,代表不可逆轉的變化。
另一方面,構成這些巨觀現象的原子、分子等微觀成分的基本定律(如量子力學的薛丁格方程式)具有相對於時間反轉對稱的性質。換句話說,根據量子力學,如果可以改變咖啡冷卻的時間,那麼也可以改變冷咖啡自行變熱的時間,這就產生了矛盾。因此,如何理解宏觀不可逆世界與微觀可逆規律之間的一致性,一直是19世紀以來物理學界的重大挑戰。
近年來,利用量子力學和統計力學推導熱力學第二定律理論來解決這個老難題已經成為可能。連結兩個截然不同的系統:量子力學,它支配著無限小世界,而熱力學,它支配著我們的日常生活。此外,他使用類似的設定成功證明了熱力學第二定律的推廣,稱為漲落定理。
這一結果預計將成為理解不可逆性(也稱為僅基於量子力學的「時間之箭」)起源的重要一步。