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Il flusso del tempo dal passato al futuro è una caratteristica centrale del modo in cui viviamo il mondo. Ma esattamente come questo fenomeno, noto come la freccia del tempo, nasca dalle interazioni microscopiche tra particelle e cellule è un mistero, che i ricercatori del CUNY Graduate Center Initiative for the Theoretical Sciences (ITS) stanno aiutando a svelare con la pubblicazione di un nuovo articolo sulla rivista Physical Review Letters . I risultati potrebbero avere importanti implicazioni in una varietà di discipline, tra cui fisica, neuroscienza e biologia.
Fondamentalmente, la freccia del tempo nasce dalla seconda legge della termodinamica:il principio per cui le disposizioni microscopiche dei sistemi fisici tendono ad aumentare nella casualità, passando dall'ordine al disordine. Più un sistema diventa disordinato, più è difficile per esso ritrovare la via del ritorno a uno stato ordinato e più forte è la freccia del tempo. In breve, la tendenza dell'universo al disordine è la ragione fondamentale per cui sperimentiamo il tempo che scorre in una direzione.
"Le due domande che il nostro team si era posto erano, se avessimo guardato un particolare sistema, saremmo stati in grado di quantificare la forza della sua freccia del tempo e saremmo stati in grado di capire come emerge dalla micro scala, dove cellule e i neuroni interagiscono, con l'intero sistema?" ha detto Christopher Lynn, il primo autore del giornale e un borsista post-dottorato con il programma ITS. "I nostri risultati forniscono il primo passo verso la comprensione di come la freccia del tempo che sperimentiamo nella vita quotidiana emerga da questi dettagli più microscopici."
Per iniziare a rispondere a queste domande, i ricercatori hanno esplorato come la freccia del tempo potrebbe essere scomposta osservando parti specifiche di un sistema e le interazioni tra di esse. Le parti, ad esempio, potrebbero essere i neuroni che funzionano all'interno di una retina. Guardando un singolo momento, hanno mostrato che la freccia del tempo può essere scomposta in diversi pezzi:quelli prodotti da parti che lavorano singolarmente, in coppia, in terzine o in configurazioni più complicate
Armati di questo modo di scomporre la freccia del tempo, i ricercatori hanno analizzato gli esperimenti esistenti sulla risposta dei neuroni in una retina di salamandra a diversi film. In un film un singolo oggetto si muoveva in modo casuale sullo schermo, mentre un altro ritraeva l'intera complessità delle scene che si trovano in natura. In entrambi i film, i ricercatori hanno scoperto che la freccia del tempo è emersa dalle semplici interazioni tra coppie di neuroni, non gruppi grandi e complicati. Sorprendentemente, il team ha anche osservato che la retina mostrava una freccia del tempo più forte quando si osservava un movimento casuale rispetto a una scena naturale. Lynn ha affermato che quest'ultima scoperta solleva interrogativi su come la nostra percezione interna della freccia del tempo si allinea con il mondo esterno.
"Questi risultati potrebbero essere di particolare interesse per i ricercatori di neuroscienze", ha affermato Lynn. "Potrebbero, ad esempio, portare a risposte sul fatto che la freccia del tempo funzioni in modo diverso nei cervelli neuroatipico".
"La scomposizione di Chris dell'irreversibilità locale, nota anche come la freccia del tempo, è un quadro generale elegante che può fornire una nuova prospettiva per esplorare molti sistemi di non equilibrio ad alta dimensione", ha affermato David Schwab, professore di Fisica e Biologia presso il Graduate Center e il ricercatore principale dello studio. + Esplora ulteriormente
