I fisici svelano il mistero della freccia del tempo

Un nuovo studio condotto da fisici teorici ha compiuto progressi nel determinare come le particelle e le cellule attivano le dinamiche su larga scala che sperimentiamo nel tempo.

La caratteristica centrale di come viviamo il mondo è il flusso del tempo dal passato al futuro. Ma è un mistero esattamente come questo fenomeno, noto come la freccia del tempo, derivi dalle interazioni microscopiche tra particelle e cellule. I ricercatori dell’iniziativa Graduate Center for Theoretical Sciences (ITS) della City University di New York stanno aiutando a risolvere questo mistero pubblicando una nuova ricerca sulla rivista. messaggi di revisione fisica. I risultati potrebbero avere importanti implicazioni per un’ampia gamma di discipline, tra cui fisica, neuroscienza e biologia.

In sostanza, la freccia del tempo deriva dalla seconda legge della termodinamica. Questo è il principio per cui le disposizioni microscopiche dei sistemi fisici tendono ad aumentare nella casualità, passando dall’ordine al caos. E più il sistema era disordinato, più era difficile tornare a uno stato ordinato e più forte diventava la freccia del tempo. In breve, la tendenza dell’universo al caos è la ragione principale per cui sentiamo lo scorrere del tempo in una direzione.

“Le due domande che il nostro team ha posto erano: se osserviamo un particolare sistema, saremo in grado di determinare la forza della sua freccia nel tempo e saremo in grado di determinare come appare dalla scala esatta e dove si trovano le cellule e i neuroni interagiscono con l’intero sistema?”, ha affermato Christopher Lane, borsista post-dottorato nel programma ITS e primo autore del documento di ricerca. “I nostri risultati forniscono il primo passo verso la comprensione di come la freccia del tempo che sperimentiamo nella vita di tutti i giorni emerga da questi dettagli microscopici”.

Per iniziare a rispondere a queste domande, i fisici hanno capito come la freccia del tempo può decadere osservando determinate parti del sistema e le interazioni tra di esse. Ad esempio, i segmenti possono essere neuroni che scorrono all’interno della retina. Guardando a un momento, hanno mostrato che la freccia del tempo può essere divisa in diverse parti: quelle prodotte da parti che agiscono singolarmente, in coppia, in terzine o in configurazioni più complesse.

Armati di questo metodo di analisi della freccia del tempo, gli scienziati hanno analizzato gli esperimenti in corso sulla risposta dei neuroni nella retina della salamandra a diversi film. In un film, un oggetto si muoveva in modo casuale sullo schermo, mentre un altro film descriveva l’intera complessità delle scene che si trovano in natura. In entrambi i film, il team ha scoperto che la freccia del tempo derivava da semplici interazioni tra coppie di neuroni, non da ammassi grandi e complessi. Sorprendentemente, i ricercatori hanno anche osservato che la retina mostrava una freccia del tempo più forte quando osservava un movimento casuale rispetto a un paesaggio. Lin ha detto che questa ultima scoperta solleva interrogativi su come la nostra percezione interna della freccia del tempo corrisponda al mondo esterno.

“Questi risultati potrebbero essere di particolare interesse per i ricercatori di neuroscienze”, ha detto Lin. “Potrebbe, ad esempio, portare a risposte sul fatto che la freccia del tempo funzioni in modo diverso nei tipici cervelli nevrotici”.

“La scomposizione di Chris della riflessione locale – nota anche come la freccia del tempo – è un quadro generale elegante che può fornire una nuova prospettiva per esplorare molti sistemi ad alta dimensione non in equilibrio”, ha affermato David Schwab, autore principale dello studio e professore . Fisica e Biologia al Centro di Laurea.

Riferimento: “Local Arrow Analysis of Time in Interacting Systems” di Christopher W. Lin, Caroline M. Holmes, William Bialik e David J. Schwab, messaggi di revisione fisica.

Autori in ordine: Christopher W. Lin, Ph.D., Postdoctoral Fellow, City University of New York Graduate Center; Caroline M. Holmes, dottoranda, Princeton; William Bialik, Ph.D., Professore di Fisica, City University of New York Graduate Center; e David J. Schwab, Ph.D., Professore di Fisica e Biologia, City University of New York Graduate Center

Fonti di finanziamento: National Science Foundation, National Institutes of Health, James S McDonnell Foundation, Simons Foundation, Alfred P Sloan Foundation.