Les scientifiques travaillent à percer le mystère de la flèche du temps, avec des implications importantes pour la physique, les neurosciences et la biologie.
Une nouvelle étude menée par des physiciens théoriciens a permis de déterminer comment les particules et les cellules déclenchent la dynamique à grande échelle que nous connaissons au fil du temps.
L’écoulement du temps entre le passé et le futur est une caractéristique clé de notre expérience du monde. Mais c’est un mystère que ce phénomène, connu sous le nom de flèche du temps, résulte d’interactions microscopiques entre particules et cellules. Des chercheurs de l’initiative Graduate Center for Theoretical Sciences (ITS) de la City University of New York aident à résoudre ce casse-tête en publiant de nouvelles recherches dans la revue. message d’examen physique. Ces découvertes pourraient avoir des implications importantes pour une variété de disciplines, y compris la physique, les neurosciences et la biologie.
Fondamentalement, la flèche du temps provient de la deuxième loi de la thermodynamique. C’est le principe selon lequel l’arrangement microscopique des systèmes physiques tend à augmenter de façon aléatoire, passant de l’ordre au chaos. Et plus le système est désorganisé, plus il est difficile de revenir à un état ordonné, et plus la flèche du temps sera puissante. En bref, la tendance de l’univers vers le chaos est la principale raison pour laquelle nous sentons le temps s’écouler dans une direction.
“Les deux questions que notre équipe a posées étaient les suivantes : si nous examinions un système particulier, serions-nous en mesure de déterminer la force de la flèche dans le temps, et serions-nous en mesure de déterminer comment elle a émergé de l’échelle exacte, et où sont les cellules? et les neurones interagissent avec tout le système ? a déclaré Christopher Lane, boursier postdoctoral dans le programme ITS et premier auteur du document de recherche. “Nos découvertes constituent la première étape pour comprendre comment les flèches du temps que nous vivons dans notre vie quotidienne émergent de ces détails microscopiques.”
Pour commencer à répondre à ces questions, les physiciens ont découvert comment la flèche du temps peut se désintégrer en observant certaines parties du système et les interactions entre elles. Par exemple, les segments peuvent être des neurones qui s’exécutent dans la rétine. En s’intéressant à un seul instant, ils montrent que les flèches du temps peuvent être divisées en différentes parties : celles générées par des parties agissant individuellement, par paires, en triple, ou dans des configurations plus complexes.
Armés de cette méthode d’analyse par flèche temporelle, les scientifiques ont analysé des expériences récentes sur la réponse des neurones des rétines de salamandre à différents films. Dans un film, un objet se déplace au hasard sur l’écran tandis qu’un autre dépeint toute la complexité des scènes trouvées dans la nature. Dans les deux films, l’équipe a découvert que les flèches du temps émergeaient d’interactions simples entre des paires de neurones, et non de grands amas complexes. Étonnamment, les chercheurs ont également observé que la rétine présentait des flèches temporelles plus fortes lors de la visualisation de mouvements aléatoires par rapport aux paysages. Lin a déclaré que la dernière découverte soulève des questions sur la façon dont notre perception interne de la flèche du temps correspond au monde extérieur.
“Ces résultats pourraient intéresser les chercheurs en neurosciences”, a déclaré Lin. “Cela pourrait, par exemple, conduire à des réponses quant à savoir si la flèche du temps fonctionne différemment dans le cerveau névrotique typique.”
“La décomposition par réflexion locale de Chris – également connue sous le nom de flèche du temps – est un cadre général élégant qui peut offrir de nouvelles perspectives pour explorer de nombreux systèmes déséquilibrés de grande dimension”, a déclaré David Schwab, auteur principal et professeur de l’étude. . Physique et Biologie au Graduate Center.
Référence : “Local Arrow Timing Analysis in Interacting Systems” par Christopher W. Lin, Carolyn M. Holmes, William Bialik et David J. Schwab, message d’examen physique.
Ordre des auteurs : Christopher W. Lin, Ph.D., boursier postdoctoral, New York City University Graduate Center ; Caroline M. Holmes, doctorante, Princeton ; William Bialik, Ph.D., professeur de physique, New York City University Graduate Center ; et David J. Schwab, Ph.D., professeur de physique et de biologie, New York City University Graduate Center
Sumber pendanaan: National Science Foundation, National Institutes of Health, James S McDonnell Foundation, Simons Foundation, Alfred P Sloan Foundation.
