Kredit:Pixabay/CC0 Public Domain
Tidens flöde från det förflutna till framtiden är ett centralt inslag i hur vi upplever världen. Men exakt hur detta fenomen, känd som tidens pil, uppstår från mikroskopiska interaktioner mellan partiklar och celler är ett mysterium – ett mysterium som forskare vid CUNY Graduate Center Initiative for the Theoretical Sciences (ITS) hjälper till att reda ut med publiceringen av en ny artikel i tidskriften Physical Review Letters . Fynden kan ha viktiga konsekvenser inom en mängd olika discipliner, inklusive fysik, neurovetenskap och biologi.
I grund och botten härrör tidens pil från termodynamikens andra lag:principen att mikroskopiska arrangemang av fysiska system tenderar att öka i slumpmässighet, från ordning till oordning. Ju mer oordnat ett system blir, desto svårare är det för det att hitta tillbaka till ett ordnat tillstånd, och desto starkare blir tidens pil. Kort sagt, universums tendens till oordning är den grundläggande orsaken till att vi upplever att tiden flyter i en riktning.
"De två frågor som vårt team hade var, om vi tittade på ett visst system, skulle vi kunna kvantifiera styrkan av dess tidspil, och skulle vi kunna reda ut hur det kommer fram från mikroskalan, där celler och neuroner interagerar med hela systemet?" sa Christopher Lynn, tidningens första författare och postdoktor med ITS-programmet. "Våra fynd ger det första steget mot att förstå hur tidens pil som vi upplever i det dagliga livet kommer fram ur dessa mer mikroskopiska detaljer."
För att börja besvara dessa frågor undersökte forskarna hur tidens pil kunde brytas ner genom att observera specifika delar av ett system och interaktionerna mellan dem. Delarna kan till exempel vara nervcellerna som fungerar i en näthinna. När de tittade på ett enda ögonblick visade de att tidens pil kan delas upp i olika delar:de som produceras av delar som arbetar individuellt, i par, i trillingar eller i mer komplicerade konfigurationer
Beväpnade med detta sätt att bryta ned tidens pil, analyserade forskarna existerande experiment på svaret från nervceller i en salamandernäthinna på olika filmer. I en film rörde sig ett enda objekt slumpmässigt över skärmen medan en annan skildrade hela komplexiteten av scener som finns i naturen. I båda filmerna fann forskare att tidens pil uppstod från de enkla interaktionerna mellan par av nervceller - inte stora, komplicerade grupper. Överraskande nog observerade teamet också att näthinnan visade en starkare tidspil när man tittade på slumpmässig rörelse än en naturlig scen. Lynn sa att detta senare fynd väcker frågor om hur vår inre uppfattning av tidens pil blir i linje med den yttre världen.
"Dessa resultat kan vara av särskilt intresse för neurovetenskapliga forskare," sade Lynn. "De kan till exempel leda till svar om huruvida tidens pil fungerar annorlunda i hjärnor som är neuroatypiska."
"Chris nedbrytning av lokal irreversibilitet - även känd som tidens pil - är ett elegant, allmänt ramverk som kan ge ett nytt perspektiv för att utforska många högdimensionella, icke-jämviktssystem", säger David Schwab, professor i fysik och biologi vid Graduate Center och studiens huvudutredare. + Utforska vidare
