Forskere er ved at optrevle mysteriet om tidens pil

Tidens flow fra fortiden til fremtiden er et centralt træk ved, hvordan vi oplever verden. Men præcis hvordan dette fænomen, kendt som tidens pil, opstår fra de mikroskopiske interaktioner mellem partikler og celler, er et mysterium – en gåde, som forskere ved CUNY Graduate Center Initiative for the Theoretical Sciences (ITS) hjælper med at opklare med udgivelsen af en ny artikel i tidsskriftet Physical Review Letters . Resultaterne kan have vigtige implikationer i en række forskellige discipliner, herunder fysik, neurovidenskab og biologi.

Grundlæggende udspringer tidens pil fra termodynamikkens anden lov:princippet om, at mikroskopiske arrangementer af fysiske systemer har en tendens til at øges i tilfældighed, og bevæger sig fra orden til uorden. Jo mere uordnet et system bliver, jo sværere er det for det at finde tilbage til en ordnet tilstand, og jo stærkere er tidens pil. Kort sagt, universets tendens til uorden er den grundlæggende årsag til, at vi oplever, at tiden flyder i én retning.

"De to spørgsmål, vores team havde, var, hvis vi kiggede på et bestemt system, ville vi være i stand til at kvantificere styrken af ​​dets tidspil, og ville vi være i stand til at finde ud af, hvordan det kommer frem fra mikroskalaen, hvor celler og neuroner interagerer med hele systemet?" sagde Christopher Lynn, avisens første forfatter og postdoc med ITS-programmet. "Vores resultater giver det første skridt mod at forstå, hvordan tidens pil, som vi oplever i det daglige liv, opstår fra disse mere mikroskopiske detaljer."

For at begynde at besvare disse spørgsmål undersøgte forskerne, hvordan tidens pil kunne nedbrydes ved at observere specifikke dele af et system og interaktionerne mellem dem. Delene, for eksempel, kunne være neuronerne, der fungerer i en nethinde. Ved at se på et enkelt øjeblik viste de, at tidens pil kan opdeles i forskellige stykker:dem, der produceres af dele, der arbejder individuelt, i par, i trillinger eller i mere komplicerede konfigurationer

Bevæbnet med denne måde at nedbryde tidens pil på, analyserede forskerne eksisterende eksperimenter om reaktionen fra neuroner i en salamander-nethinde på forskellige film. I en film bevægede et enkelt objekt sig tilfældigt hen over skærmen, mens en anden skildrede den fulde kompleksitet af scener fundet i naturen. På tværs af begge film fandt forskerne, at tidens pil opstod fra de simple interaktioner mellem par af neuroner - ikke store, komplicerede grupper. Overraskende nok observerede holdet også, at nethinden viste en stærkere tidspil, når man så tilfældig bevægelse end en naturlig scene. Lynn sagde, at dette sidste fund rejser spørgsmål om, hvordan vores indre opfattelse af tidens pil bliver tilpasset den ydre verden.

"Disse resultater kan være af særlig interesse for neurovidenskabelige forskere," sagde Lynn. "De kunne for eksempel føre til svar om, hvorvidt tidens pil fungerer anderledes i hjerner, der er neuroatypiske."

"Chris' nedbrydning af lokal irreversibilitet - også kendt som tidens pil - er en elegant, generel ramme, der kan give et nyt perspektiv til at udforske mange højdimensionelle, ikke-ligevægtssystemer," sagde David Schwab, professor i fysik og biologi ved Graduate Center og undersøgelsens hovedefterforsker. + Udforsk yderligere

Karakterisering af 'tidens pil' i åbne kvantesystemer