دانشمندان در حال کشف راز پیکان زمان هستند

22 آگوست 2022 توسط مرکز تحصیلات تکمیلی، CUNY -اعتبار: دامنه عمومی Pixabay/CC0

جریان زمان از گذشته به آینده یکی از ویژگی های اصلی چگونگی تجربه ما از جهان است. اما اینکه دقیقاً چگونه این پدیده که به عنوان پیکان زمان شناخته می‌شود، از تعاملات میکروسکوپی بین ذرات و سلول‌ها پدید می‌آید، رازی است که محققان مرکز فارغ‌التحصیلان CUNY برای علوم نظری (ITS) به کشف آن کمک می‌کنند. مقاله جدیدی در مجله Physical Review Letters. این یافته ها می تواند پیامدهای مهمی در رشته های مختلف از جمله فیزیک، علوم اعصاب و زیست شناسی داشته باشد.

اساساً، پیکان زمان از قانون دوم ترمودینامیک ناشی می‌شود: این اصل که آرایش میکروسکوپی سیستم‌های فیزیکی تمایل به افزایش تصادفی دارند و از نظمی به بی‌نظمی می‌روند. هر چه یک سیستم بی‌نظم‌تر می‌شود، یافتن راه بازگشت به حالت منظم برای آن دشوارتر می‌شود و تیر زمان قوی‌تر می‌شود. به طور خلاصه، تمایل جهان به بی نظمی دلیل اساسی است که چرا ما زمان را در یک جهت تجربه می کنیم.

کریستوفر لین، اولین نویسنده مقاله و یکی از همکاران فوق دکتری برنامه ITS گفت:

“دو سوالی که تیم ما داشت این بود که اگر به یک سیستم خاص نگاه کنیم، آیا می‌توانیم قدرت پیکان زمان آن را کمی کنیم و آیا می‌توانیم نحوه بیرون آمدن آن از مقیاس خرد، جایی که سلول‌ها و نورون ها با کل سیستم تعامل دارند؟ «یافته‌های ما اولین گام را به سوی درک چگونگی بیرون آمدن پیکان زمانی که در زندگی روزمره تجربه می‌کنیم، از این جزئیات میکروسکوپی‌تر فراهم می‌کند.»

برای شروع پاسخ به این سوالات، محققان بررسی کردند که چگونه می توان پیکان زمان را با مشاهده بخش های خاصی از یک سیستم و تعاملات بین آنها تجزیه کرد. برای مثال، این بخش‌ها می‌توانند نورون‌هایی باشند که در شبکیه چشم عمل می‌کنند. با نگاهی به یک لحظه، آنها نشان دادند که فلش زمان را می توان به قطعات مختلفی تقسیم کرد: قطعاتی که توسط قطعاتی که به صورت جداگانه کار می کنند، جفت، سه تایی یا در پیکربندی های پیچیده تر تولید می شوند.

محققان با استفاده از این روش برای تجزیه پیکان زمان، آزمایش‌های موجود در مورد پاسخ نورون‌های شبکیه سمندر به فیلم‌های مختلف را تجزیه و تحلیل کردند. در یک فیلم، یک شی به طور تصادفی روی صفحه حرکت می کرد، در حالی که دیگری پیچیدگی کامل صحنه های موجود در طبیعت را به تصویر می کشید. در هر دو فیلم، محققان دریافتند که پیکان زمان از تعامل ساده بین جفت‌های نورون – نه گروه‌های بزرگ و پیچیده – پدید آمده است. به‌طور شگفت‌انگیزی، تیم همچنین مشاهده کرد که شبکیه در هنگام تماشای حرکت تصادفی، پیکان قوی‌تری نسبت به یک صحنه طبیعی نشان می‌دهد. لین گفت که این یافته اخیر سؤالاتی را در مورد اینکه چگونه درک درونی ما از پیکان زمان با دنیای بیرونی همسو می شود، ایجاد می کند.

لین گفت: «این نتایج ممکن است برای محققان علوم اعصاب جالب باشد. برای مثال، آنها می‌توانند به پاسخ‌هایی در مورد اینکه آیا فلش زمان در مغزهایی که نورآتیپیک هستند، متفاوت عمل می‌کند یا خیر، بیان کنند.

دیوید شواب، پروفسور فیزیک و زیست شناسی در می گوید: «تجزیه برگشت ناپذیری محلی توسط کریس – که به عنوان پیکان زمان نیز شناخته می شود – یک چارچوب ظریف و کلی است که ممکن است دیدگاه جدیدی برای کاوش بسیاری از سیستم های با ابعاد بالا و غیرتعادلی ارائه دهد.