Fyzici odhaľujú záhadu šípu času

Nová štúdia teoretických fyzikov pokročila v identifikácii toho, ako častice a bunky spôsobujú rozsiahlu dynamiku, ktorú zažívame v priebehu času.

Ústrednou črtou toho, ako prežívame svet, je tok času z minulosti do budúcnosti. Záhadou však zostáva, ako tento jav, známy ako šípka času, vzniká z mikroskopických interakcií medzi časticami a bunkami. Výskumníci z CUNY Graduate Center Initiative for Theoretical Sciences (ITS) pomáhajú vyriešiť túto hádanku uverejnením nového článku v časopise Science. fyzický recenzný papier, Zistenia by mohli mať dôležité dôsledky v širokej škále disciplín vrátane fyziky, neurovedy a biológie.

V podstate šípka času pochádza z druhého zákona termodynamiky. Ide o teóriu, že mikroskopické usporiadania fyzikálnych systémov narastajú v náhodnosti, pohybujúc sa od poriadku k neusporiadanosti. Čím je systém neusporiadanejší, tým je preňho ťažšie vrátiť sa do usporiadaného stavu a tým silnejší je šíp času. Stručne povedané, sklon vesmíru k neporiadku je základným dôvodom, prečo vnímame, že čas plynie jedným smerom.

„Náš tím mal dve otázky, ak sa pozrieme na konkrétny systém, budeme schopní zmerať silu šípky času a či budeme schopní zistiť, ako sa odchyľuje od mikroskopickej stupnice, kde sú bunky a interagujú neuróny s celým systémom? Christopher Lynn, postdoktorand s programom ITS a prvý autor článku. „Naše zistenia poskytujú prvý krok k pochopeniu toho, ako sa šípka času, ktorú zažívame v každodennom živote, vynára z týchto jemnejších detailov.“

Aby začali odpovedať na tieto otázky, fyzici skúmali, ako by sa šípka času mohla rozložiť pozorovaním konkrétnych častí systému a interakcií medzi nimi. Časti môžu byť napríklad neuróny, ktoré fungujú v sietnici. Na chvíľu ukázal, že šípka času sa dá rozdeliť na samostatné časti: tie, ktoré tvoria samostatné pracovné časti, v pároch, v trojiciach alebo v zložitejších konfiguráciách.

Vedci, vybavení touto metódou pitvy šípky času, analyzovali existujúce experimenty o reakcii neurónov v sietnici salamandra na rôzne filmy. V jednom filme sa jeden objekt náhodne pohybuje po obrazovke, zatiaľ čo iný zobrazuje celú zložitosť scén v prírode. V oboch filmoch tím zistil, že šípka času sa objavila z jednoduchých interakcií medzi pármi neurónov – nie veľkými, zložitými zhlukami. Je zaujímavé, že vedci tiež pozorovali, že sietnica vykazovala silnejšiu šípku času pri sledovaní náhodného pohybu ako pri prirodzenej vizualizácii. Lin povedal, že toto posledné zistenie vyvoláva otázky o tom, ako sa naše vnútorné vnímanie šípky času prelína s vonkajším svetom.

„Tieto výsledky môžu byť obzvlášť zaujímavé pre neurovedeckých výskumníkov,“ povedal Lin. „Môžu napríklad poskytnúť odpovede o tom, či šípka času funguje inak v mozgoch, ktoré sú neurotypické.“

„Chrisov rozklad lokálnej nezvratnosti – tiež známy ako šípka času – je elegantný, všeobecný rámec, ktorý môže poskytnúť novú perspektívu pre skúmanie mnohých nerovnovážnych systémov s vyššími rozmermi,“ hovorí David Schwab, vedúci štúdie. vyšetrovateľ a profesor. fyziky a biológie v Centre pre absolventov.

Referencie: Christopher W. Lin, Carolyn M. Holmes, William Baleck a David J. Schwabov „Narušenie lokálnej šípky času v interagujúcich systémoch“. fyzický recenzný papier,

Autori v poradí: Christopher W. Lin, PhD, Postdoctoral Fellow, CUNY Graduate Center; Caroline M. Holmes, doktorand, Princeton; William Baleck, Ph.D., profesor fyziky, CUNY Graduate Center; a David J. Schwab, Ph.D., profesor fyziky a biológie, CUNY Graduate Center

Zdroje financovania: National Science Foundation, National Institutes of Health, James S. McDonnell Foundation, Simons Foundation a Alfred P. Sloan Foundation.