Físicos revelan el misterio de la flecha del tiempo

Los científicos están trabajando para desentrañar el misterio de la flecha del tiempo, con implicaciones importantes para la física, la neurociencia y la biología.

Un nuevo estudio realizado por físicos teóricos ha logrado avances para determinar cómo las partículas y las células desencadenan la dinámica a gran escala que experimentamos con el tiempo.

La característica central de cómo experimentamos el mundo es el flujo del tiempo desde el pasado hacia el futuro. Pero es un misterio exactamente cómo surge este fenómeno, conocido como la flecha del tiempo, a partir de interacciones microscópicas entre partículas y células. Investigadores de la iniciativa Graduate Center for Theoretical Sciences (ITS) de la Universidad de la Ciudad de Nueva York están ayudando a resolver este misterio mediante la publicación de nuevas investigaciones en la revista. mensajes de revisión física. Los hallazgos podrían tener implicaciones importantes para una amplia gama de disciplinas, incluidas la física, la neurociencia y la biología.

Esencialmente, la flecha del tiempo proviene de la segunda ley de la termodinámica. Este es el principio de que los arreglos microscópicos de los sistemas físicos tienden a incrementar la aleatoriedad, pasando del orden al caos. Y cuanto más desordenado estaba el sistema, más difícil era volver a un estado ordenado y más fuerte se volvía la flecha del tiempo. En resumen, la tendencia del universo hacia el caos es la principal razón por la que sentimos el flujo del tiempo en una dirección.

“Las dos preguntas que hizo nuestro equipo fueron, si observamos un sistema en particular, ¿seremos capaces de determinar la fuerza de su flecha por tiempo, y seremos capaces de determinar cómo aparece a partir de la escala exacta y dónde están las celdas? y las neuronas interactúan con todo el sistema?”, dijo Christopher Lane, becario postdoctoral en el programa ITS y primer autor del artículo de investigación. «Nuestros hallazgos brindan el primer paso hacia la comprensión de cómo la flecha del tiempo que experimentamos en la vida cotidiana emerge de estos detalles microscópicos».

Para comenzar a responder estas preguntas, los físicos descubrieron cómo la flecha del tiempo puede decaer al observar ciertas partes del sistema y las interacciones entre ellas. Por ejemplo, los segmentos pueden ser neuronas que corren dentro de la retina. Mirando un momento, demostraron que la flecha del tiempo se puede dividir en diferentes partes: las producidas por partes que actúan individualmente, en parejas, en tripletes o en configuraciones más complejas.

Armados con este método de análisis de la flecha del tiempo, los científicos analizaron experimentos actuales sobre la respuesta de las neuronas en la retina de la salamandra a diferentes películas. En una película, un objeto se movía aleatoriamente por la pantalla, mientras que otra película mostraba la complejidad total de las escenas que se encuentran en la naturaleza. En ambas películas, el equipo descubrió que la flecha del tiempo surgió de interacciones simples entre pares de neuronas, no de grupos grandes y complejos. Sorprendentemente, los investigadores también observaron que la retina mostraba una flecha de tiempo más fuerte al ver un movimiento aleatorio en comparación con un paisaje. Lin dijo que este último descubrimiento plantea preguntas sobre cómo nuestra percepción interna de la flecha del tiempo se corresponde con el mundo exterior.

«Estos hallazgos pueden ser de particular interés para los investigadores de neurociencias», dijo Lin. «Podría, por ejemplo, conducir a respuestas sobre si la flecha del tiempo funciona de manera diferente en los cerebros neuróticos típicos».

«La descomposición de la reflexión local de Chris, también conocida como la flecha del tiempo, es un marco general elegante que puede proporcionar una nueva perspectiva para explorar muchos sistemas de alta dimensión que no están en equilibrio», dijo David Schwab, autor principal del estudio y profesor. . Física y Biología en el Graduate Center.

Referencia: «Análisis de flecha local del tiempo en sistemas interactivos» por Christopher W. Lin, Caroline M. Holmes, William Bialik y David J. Schwab, mensajes de revisión física.

Autores en orden: Christopher W. Lin, Ph.D., Postdoctoral Fellow, City University of New York Graduate Center; Caroline M. Holmes, estudiante de doctorado, Princeton; William Bialik, Ph.D., Profesor de Física, Centro de Graduados de la Universidad de la Ciudad de Nueva York; y David J. Schwab, Ph.D., Profesor de Física y Biología, Centro de Graduados de la Universidad de la Ciudad de Nueva York

Fuentes de financiación: Fundación Nacional de Ciencias, Institutos Nacionales de Salud, Fundación James S McDonnell, Fundación Simons, Fundación Alfred P Sloan.