Físicos revelam o mistério da flecha do tempo

Um novo estudo de físicos teóricos fez progressos na determinação de como partículas e células desencadeiam a dinâmica em larga escala que experimentamos ao longo do tempo.

A característica central de como experimentamos o mundo é o fluxo do tempo do passado para o futuro. Mas é um mistério exatamente como esse fenômeno, conhecido como flecha do tempo, surge de interações microscópicas entre partículas e células. Pesquisadores da iniciativa do Centro de Pós-Graduação em Ciências Teóricas (ITS) da Universidade da Cidade de Nova York estão ajudando a resolver esse mistério publicando novas pesquisas na revista. mensagens de revisão física. As descobertas podem ter implicações importantes para uma ampla gama de disciplinas, incluindo física, neurociência e biologia.

Essencialmente, a flecha do tempo decorre da segunda lei da termodinâmica. Este é o princípio de que os arranjos microscópicos dos sistemas físicos tendem a aumentar em aleatoriedade, movendo-se da ordem para o caos. E quanto mais desordenado o sistema, mais difícil era retornar a um estado ordenado, e mais forte se tornava a flecha do tempo. Em suma, a tendência do universo para o caos é a principal razão pela qual sentimos o fluxo do tempo em uma direção.

“As duas perguntas que nossa equipe fez foram: se olharmos para um sistema específico, seremos capazes de determinar a força de sua flecha no tempo, e seremos capazes de determinar como ela aparece na escala exata e onde as células e os neurônios interagem com todo o sistema?” disse Christopher Lane, pós-doutorando no programa ITS e primeiro autor do trabalho de pesquisa. “Nossas descobertas fornecem o primeiro passo para entender como a flecha do tempo que experimentamos na vida cotidiana emerge desses detalhes microscópicos”.

Para começar a responder a essas perguntas, os físicos descobriram como a flecha do tempo pode decair observando certas partes do sistema e as interações entre elas. Por exemplo, segmentos podem ser neurônios que correm dentro da retina. Olhando para um momento, eles mostraram que a flecha do tempo pode ser dividida em diferentes partes: aquelas produzidas por partes que atuam individualmente, em pares, em trigêmeos ou em configurações mais complexas.

Armados com esse método de análise da seta do tempo, os cientistas analisaram experimentos atuais sobre a resposta dos neurônios na retina da salamandra a diferentes filmes. Em um filme, um objeto se movia aleatoriamente pela tela, enquanto outro retratava toda a complexidade das cenas encontradas na natureza. Em ambos os filmes, a equipe descobriu que a flecha do tempo surgiu de interações simples entre pares de neurônios – não grandes e complexos aglomerados. Surpreendentemente, os pesquisadores também observaram que a retina mostrou uma seta do tempo mais forte ao visualizar o movimento aleatório em comparação com uma paisagem. Lin disse que esta última descoberta levanta questões sobre como nossa percepção interna da flecha do tempo corresponde ao mundo exterior.

“Essas descobertas podem ser de interesse particular para pesquisadores de neurociência”, disse Lin. “Isso poderia, por exemplo, levar a respostas sobre se a seta do tempo funciona de maneira diferente em cérebros neuróticos típicos”.

“A decomposição da reflexão local de Chris – também conhecida como a seta do tempo – é uma estrutura geral elegante que pode fornecer uma nova perspectiva para explorar muitos sistemas de alta dimensão em não equilíbrio”, disse David Schwab, principal autor do estudo e professor. . Física e Biologia do Centro de Pós-Graduação.

Referência: “Análise de Seta Local de Tempo em Sistemas Interagindo” por Christopher W. Lin, Caroline M. Holmes, William Bialik e David J. Schwab, mensagens de revisão física.

Autores em ordem: Christopher W. Lin, Ph.D., Pós-Doutorado, City University of New York Graduate Center; Caroline M. Holmes, estudante de doutorado, Princeton; William Bialik, Ph.D., Professor de Física, Centro de Pós-Graduação da Universidade da Cidade de Nova York; e David J. Schwab, Ph.D., Professor de Física e Biologia, City University of New York Graduate Center

Fontes de financiamento: National Science Foundation, National Institutes of Health, James S McDonnell Foundation, Simons Foundation, Alfred P Sloan Foundation.