Ciencias

Los físicos están desentrañando el misterio de la flecha del tiempo

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

Un nuevo estudio realizado por físicos teóricos ha logrado avances en la identificación de cómo las partículas y las células dan lugar a la dinámica a gran escala que experimentamos con el paso del tiempo.

Una 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. Los investigadores de la Iniciativa del Centro de Graduados de CUNY para las Ciencias Teóricas (ITS) están ayudando a desentrañar este enigma con la publicación de un nuevo artículo en la revista. Cartas de revisión física. Los hallazgos podrían tener implicaciones importantes en una amplia gama de disciplinas, incluidas la física, la neurociencia y la biología.

Fundamentalmente, la flecha del tiempo surge 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 desorden. Cuanto más desordenado se vuelve un sistema, más difícil le resulta encontrar el camino de regreso a un estado ordenado, y más fuerte es la flecha del tiempo. En resumen, la propensión del universo al desorden es la razón fundamental por la que experimentamos que el tiempo fluye en una dirección.

“Las dos preguntas que tenía nuestro equipo eran, si observábamos un sistema en particular, ¿podríamos cuantificar la fuerza de su flecha de tiempo y averiguar cómo emerge de la microescala, donde interactúan las células y las neuronas? , a todo el mundo? ¿sistema?» dijo Christopher Lynn, becario postdoctoral en el programa ITS y primer autor del artículo. «Nuestros hallazgos brindan el primer paso para comprender cómo la flecha del tiempo que experimentamos en la vida cotidiana emerge de estos detalles más microscópicos».

Para comenzar a responder estas preguntas, los físicos exploraron cómo la flecha del tiempo podría descomponerse al observar partes específicas de un sistema y las interacciones entre ellas. Por ejemplo, las partes podrían ser las neuronas que funcionan dentro de una retina. Mirando un solo momento, demostraron que la flecha del tiempo se puede dividir en diferentes piezas: las producidas por piezas que trabajan individualmente, en parejas, en trillizos o en configuraciones más complicadas.

Armados con este método de descomposición de flecha de tiempo, los científicos analizaron los experimentos existentes sobre la respuesta de las neuronas en la retina de una salamandra a diferentes películas. En una película, un solo objeto se movía aleatoriamente por la pantalla, mientras que otro retrataba toda la complejidad 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 complicados. Sorprendentemente, los investigadores también observaron que la retina mostraba una flecha de tiempo más fuerte al observar un movimiento aleatorio que una escena natural. Lynn dijo que este último hallazgo plantea preguntas sobre cómo nuestra percepción interna de la flecha del tiempo se alinea con el mundo externo.

«Estos resultados pueden ser de particular interés para los investigadores de neurociencias», dijo Lynn. «Pueden, por ejemplo, conducir a respuestas sobre si la flecha del tiempo funciona de manera diferente en los cerebros neuroatípicos».

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

Referencia: “Descomposición de la flecha del tiempo local en sistemas interactivos” por Christopher W. Lynn, Caroline M. Holmes, William Bialek y David J. Schwab, Aceptado, Cartas de revisión física.

Autores en orden: Christopher W. Lynn, Ph.D, becario postdoctoral, CUNY Graduate Center; Caroline M. Holmes, estudiante de doctorado, Princeton; William Bialek, Ph.D, Profesor de Física, Centro de Graduados de CUNY; y David J. Schwab, Ph.D., Profesor de Física y Biología, CUNY Graduate Center

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

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Prudencia Febo

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