Фундоменатльное понятие, которое определяет то, как мы воспринимаем мир — это течение времени от прошлого к будущему. Но остается загадкой, как именно это явление, известное как стрела времени, возникает из-за микроскопических взаимодействий между частицами и клетками. Исследователи из Инициативы Центра выпускников CUNY по теоретическим наукам (ITS) пытаются разгадать эту загадку, Самым свежими своими идеями они поделились в журнале Physical Review Letters. Выводы могут иметь важные последствия для широкого круга дисциплин, включая физику, нейробиологию и биологию.
По сути, стрела времени вытекает из второго закона термодинамики. Это принцип, согласно которому микроскопические устройства физических систем имеют тенденцию к увеличению случайности, переходя от порядка к беспорядку. Чем более беспорядочной становится система, тем труднее ей вернуться в упорядоченное состояние и тем более выраженным становится вектор времени. Короче говоря, склонность Вселенной к беспорядку является фундаментальной причиной того, что мы ощущаем течение времени в одном направлении.
Чтобы начать отвечать на эти вопросы, физики исследовали, как можно разложить стрелу времени, наблюдая за определенными частями системы и взаимодействием между ними. Например, частями могут быть нейроны, функционирующие в сетчатке. Взглянув на один момент, они показали, что стрелу времени можно разбить на разные части: части, работающие индивидуально, парами, тройками или в более сложных конфигурациях.
Вооружившись этим методом разложения стрелы времени, ученые проанализировали существующие эксперименты по реакции нейронов сетчатки глаза саламандры на различные видеофрагменты. В одном фрагменте один объект случайным образом перемещался по экрану, а другой изображал всю сложность сцен, встречающихся в природе. В обоих видеоотрывках команда обнаружила, что стрела времени возникла из-за простых взаимодействий между парами нейронов, а не из больших сложных групп. Удивительно, но исследователи также заметили, что сетчатка показала более явную стрелу времени при наблюдении за случайным движением, чем за естественной сценой. Ученые считают, что это последнее открытие поднимает вопросы о том, как наше внутреннее восприятие стрелы времени соотносится с внешним миром.