近日,我院理论物理研究团队何东山教授、李锦芳副教授、邱骞博士与海南大学蔡庆宇教授合作完成的研究成果,以Gravity is Not an Entropic Force(《引力并非熵力》)为题,发表在《物理快报B》(Physics Letters B)上。该研究对“引力是熵力”前沿假说进行了直接检验,挑战了“引力即熵力”这一假说的普适性。

引力,既是宇宙结构的主宰,也是物理学中最具挑战的未解之谜。从牛顿的苹果到爱因斯坦的时空弯曲,一代代科学家追问:引力到底是什么?
20世纪70年代,贝肯斯坦和霍金发现黑洞拥有温度和熵——这本是描述热与无序度的热力学概念。这一发现暗示:引力与热力学,这两大物理学支柱之间,可能存在着强烈的联系。2011年,物理学家埃里克·韦尔林德提出了一个大胆假说:引力可能并非基本作用力,而是系统趋向无序(熵增)这一统计规律的宏观体现,即“引力是熵力”。该观点以其高度的统一性与美感,在学术界引起广泛共鸣,并推动了一系列跨领域研究。然而,一个根本问题始终悬而未决:这个迷人的假说,真的站得住脚吗?
研究团队通过构建两个简洁而深刻的思想实验,对这一假说进行了直接检验。实验一(绝热过程):让物体在引力场中移动,但完全隔绝任何热量交换。结果发现,引力场自身的熵始终保持不变,而引力作用依然存在;实验二(等温过程):允许系统与引力场通过热交换达成热平衡,在这种特殊条件下,引力场的熵会随着物体的移动而变化。

这意味着:引力是比“熵变”更基本的存在。它是独立作用的“因”,而熵变只是在特定条件(引力场与热力学系统达到热平衡)下可能出现的“果”。这直接挑战了“引力即熵力”这一假说的普适性。正如一位审稿人所言,这项工作是 “一个简洁直白的论证,挑战了引力起源于熵力这个广受关注却从未被精确阐述的观点”。这项研究的价值,恰恰在于它用清晰的物理逻辑,检验了一个宏大而模糊的理念。
从牛顿的统一,到爱因斯坦的革新,从黑洞热力学的启示,到熵力假说的雄心,人类对引力的理解正是在大胆想象与严谨求证的交织中不断深化。这项研究并非故事的终结,而是一次关键的澄清与深化。它告诉我们,引力的本质也许比“熵增”更为根本。这一工作对人们进一步理解引力、信息、热力学和时空结构之间关系提供了重要的参考坐标。
《Physics Letters B》是粒子物理学、核物理学及宇宙学领域的国际顶级快报期刊,以其发表具有重要性、紧迫性与高影响力的前沿突破而著称。
此项成果不仅彰显了我院在基础物理前沿领域的科研实力,也为引力与热力学交叉学科的发展做出了重要性贡献。