علماء الفيزياء يكشفون لغز سهم الزمن

حققت دراسة جديدة قام بها علماء الفيزياء النظرية تقدمًا في اكتشاف كيفية إنشاء الجسيمات والخلايا للديناميكيات واسعة النطاق التي نختبرها بمرور الوقت.

يتمثل أحد الجوانب المركزية لكيفية اختبارنا للعالم في تدفق الوقت من الماضي إلى المستقبل. لكن كيف تنشأ هذه الظاهرة ، المعروفة باسم سهم الزمن ، من التفاعلات المجهرية بين الجسيمات والخلايا ، يعد لغزًا. يساعد الباحثون في CUNY Graduate Center Initiative for Theoretical Sciences (ITS) في حل هذا اللغز من خلال نشر ورقة بحثية جديدة في المجلة. خطابات المراجعة المادية. يمكن أن يكون للنتائج آثار مهمة في مجموعة متنوعة من المجالات ، بما في ذلك الفيزياء وعلم الأعصاب وعلم الأحياء.

في الأساس ، ينبثق سهم الزمن من القانون الثاني للديناميكا الحرارية. هذا هو المبدأ الذي من خلاله تزداد الترتيبات المجهرية للأنظمة الفيزيائية في العشوائية وتنتقل من ترتيب إلى اضطراب. وكلما زاد اضطراب النظام ، زادت صعوبة إيجاد طريقة للعودة إلى حالة منظمة ، وزاد سهم الوقت. باختصار ، ميل الكون نحو الفوضى هو السبب الأساسي الذي يجعلنا نشعر بتدفق الوقت في اتجاه واحد.

“السؤالان اللذان طرحتهما مجموعتنا كانا ، إذا نظرنا إلى نظام معين ، هل يمكننا تحديد قوة سهمه الزمني ، وتحديد كيفية ظهوره على المستوى الخلوي والجزئي؟ هل تتصل الخلايا العصبية بالنظام بأكمله؟ ؟ ” قال كريستوفر لين ، زميل ما بعد الدكتوراه في برنامج ITS والمؤلف الأول للورقة. “تقدم النتائج التي توصلنا إليها خطوة أولى نحو فهم كيفية ظهور سهم الوقت الذي نختبره في الحياة اليومية من هذه التفاصيل المجهرية.”

للبدء في الإجابة على هذه الأسئلة ، قام الفيزيائيون بالتحقيق في كيفية تشوه سهم الزمن من خلال مراقبة أجزاء معينة من النظام والتفاعلات بينها. على سبيل المثال ، يمكن أن تكون المناطق عبارة عن خلايا عصبية تعمل داخل شبكية العين. بالنظر إلى لحظة ، أظهروا أن سهم الوقت يمكن تقسيمه إلى أجزاء مختلفة: يتم إنتاجها عن طريق أجزاء العمل بشكل فردي ، في أزواج ، في ثلاثة توائم أو في هياكل أكثر تعقيدًا.

مسلحين بهذه الطريقة لتشويه سهم الزمن ، فحص العلماء التجارب الحالية على استجابة الخلايا العصبية في شبكية السمندل للأفلام المختلفة. في أحد الأفلام ، يتحرك شيء بشكل عشوائي عبر الشاشة ، بينما في فيلم آخر ، يصور التعقيد الكامل للمشاهد الموجودة في الطبيعة. اكتشف الفريق في كلا الفيلمين أن سهم الزمن نشأ من اتصالات بسيطة بين أزواج من الخلايا العصبية – وليس مجموعات كبيرة ومعقدة. من المثير للدهشة أن الباحثين لاحظوا أيضًا أن شبكية العين تظهر سهمًا أقوى للوقت عند عرض حركة عشوائية مقارنة بمشهد طبيعي. قال لين إن هذا الاكتشاف الأخير يثير أسئلة حول كيفية ارتباط إدراكنا الداخلي لسهم الوقت بالعالم الخارجي.

قال لين: “قد تكون هذه النتائج ذات أهمية خاصة لعلماء الأعصاب”. “يمكن أن تؤدي إلى إجابات حول ، على سبيل المثال ، ما إذا كان سهم الوقت يعمل بشكل مختلف في الدماغ العصبي.”

قال ديفيد شواب ، الباحث الرئيسي في الدراسة والأستاذ الجامعي . الفيزياء والأحياء في مركز الدراسات العليا.

ملاحظة: كريستوفر و. لين ، كارولين م. هولمز وويليام بياليك وديفيد ج. “تحليل السهم المحلي للوقت في أنظمة التفاعل” ، الذي اعتمده شواب وآخرون. خطابات المراجعة المادية.

المؤلفون على التوالي: كريستوفر و. لين ، دكتوراه ، زميل ما بعد الدكتوراه ، مركز الدراسات العليا بجامعة مدينة نيويورك ؛ كارولين م. هولمز ، طالب دكتوراه ، برينستون ؛ ويليام بياليك ، دكتوراه ، أستاذ الفيزياء ، مركز الدراسات العليا بجامعة مدينة نيويورك ؛ وديفيد ج. شواب ، دكتوراه ، أستاذ الفيزياء والأحياء ، مركز الدراسات العليا بجامعة مدينة نيويورك

مصادر التمويل: National Science Foundation ، National Institutes of Health ، James S. McDonnell Foundation ، Simons Foundation ، Alfred B. Sloan Foundation.