Phoebe Newman 
Naukowcy pracują nad rozwikłaniem tajemnicy strzały czasu, która ma ważne implikacje dla fizyki, neuronauki i biologii.
Nowe badanie przeprowadzone przez fizyków teoretycznych poczyniło postępy w kierunku określenia, w jaki sposób cząstki i komórki wyzwalają dynamikę na dużą skalę, której doświadczamy w czasie.
Centralną cechą tego, jak doświadczamy świata, jest upływ czasu z przeszłości do przyszłości. Zagadką jest jednak, w jaki sposób to zjawisko, zwane strzałką czasu, powstaje z mikroskopijnych interakcji między cząstkami a komórkami. Naukowcy z inicjatywy Graduate Center for Theoretical Sciences (ITS) przy City University of New York pomagają rozwiązać tę zagadkę, publikując w czasopiśmie nowe badania. fizyczne wiadomości przeglądowe. Odkrycia mogą mieć ważne implikacje dla wielu dyscyplin, w tym fizyki, neuronauki i biologii.
Zasadniczo strzałka czasu wywodzi się z drugiej zasady termodynamiki. Jest to zasada, że mikroskopijne układy układów fizycznych mają tendencję do zwiększania przypadkowości, przechodząc od porządku do chaosu. A im bardziej nieuporządkowany system, tym trudniej było powrócić do porządku i tym silniejsza stawała się strzała czasu. Krótko mówiąc, skłonność wszechświata do chaosu jest głównym powodem, dla którego odczuwamy upływ czasu w jednym kierunku.
„Dwa pytania, które zadał nasz zespół, dotyczyły tego, czy jeśli spojrzymy na konkretny system, będziemy w stanie określić siłę jego strzały w czasie i czy będziemy w stanie określić, jak wygląda na podstawie dokładnej skali i gdzie komórki a neurony wchodzą w interakcję z całym systemem?”, powiedział Christopher Lane, stażysta z programu ITS i pierwszy autor artykułu badawczego. „Nasze odkrycia stanowią pierwszy krok w kierunku zrozumienia, w jaki sposób strzałka czasu, której doświadczamy w codziennym życiu, wyłania się z tych mikroskopijnych szczegółów”.
Aby zacząć odpowiadać na te pytania, fizycy odkryli, w jaki sposób strzałka czasu może zanikać, obserwując pewne części systemu i interakcje między nimi. Na przykład segmenty mogą być neuronami biegnącymi w siatkówce. Patrząc w jednej chwili, pokazali, że strzałkę czasu można podzielić na różne części: te wytwarzane przez części działające pojedynczo, w parach, w trójkach lub w bardziej złożonych konfiguracjach.
Uzbrojeni w tę metodę analizy strzałki czasu, naukowcy przeanalizowali aktualne eksperymenty dotyczące reakcji neuronów w siatkówce salamandry na różne filmy. W jednym filmie jeden obiekt losowo poruszał się po ekranie, podczas gdy inny przedstawiał pełną złożoność scen występujących w naturze. Na obu filmach zespół odkrył, że strzałka czasu powstała w wyniku prostych interakcji między parami neuronów — niezbyt dużymi, złożonymi skupiskami. Co zaskakujące, naukowcy zaobserwowali również, że siatkówka wykazywała silniejszą strzałkę czasu podczas oglądania losowego ruchu w porównaniu z krajobrazem. Lin powiedział, że to ostatnie odkrycie rodzi pytania o to, jak nasze wewnętrzne postrzeganie strzałki czasu odpowiada światu zewnętrznemu.
„Te odkrycia mogą być szczególnie interesujące dla badaczy neuronauki” – powiedział Lin. „Może to na przykład prowadzić do odpowiedzi na temat tego, czy strzałka czasu działa inaczej w typowych nerwicowych mózgach”.
„Dekompozycja lokalnej refleksji Chrisa – znana również jako strzała czasu – jest elegancką ogólną ramą, która może zapewnić nową perspektywę dla eksploracji wielu nierównowagowych systemów wielowymiarowych” – powiedział David Schwab, główny autor badania i profesor . Fizyka i Biologia w Centrum Podyplomowym.
Odniesienie: „Local Arrow Analysis of Time in Interacting Systems” Christophera W. Lin, Carolyn M. Holmes, Williama Bialika i Davida J. Schwaba, fizyczne wiadomości przeglądowe.
Autorzy w kolejności: dr Christopher W. Lin, Postdoctoral Fellow, City University of New York Graduate Center; Carolyn M. Holmes, doktorantka, Princeton; dr William Bialik, profesor fizyki, City University of New York Graduate Center; oraz dr David J. Schwab, profesor fizyki i biologii, City University of New York Graduate Center
Źródła finansowania: National Science Foundation, National Institutes of Health, James S. McDonnell Foundation, Simons Foundation, Alfred P Sloan Foundation.
