يعمل العلماء على كشف لغز سهم الزمن مع تداعيات مهمة على الفيزياء وعلم الأعصاب وعلم الأحياء.
حددت دراسة جديدة أجراها علماء الفيزياء النظرية كيف أن الجسيمات والخلايا تؤدي إلى ديناميكيات واسعة النطاق نختبرها بمرور الوقت.
إن تدفق الوقت بين الماضي والمستقبل هو سمة مركزية لتجربتنا مع العالم. لكن من الغموض كيف أن هذه الظاهرة ، المعروفة باسم سهم الزمن ، تنتج عن التفاعلات المجهرية بين الجسيمات والخلايا. يساعد باحثون من مبادرة مركز الدراسات العليا بجامعة مدينة نيويورك للعلوم النظرية (ITS) في حل هذا اللغز بنشر بحث جديد في المجلة. خطابات الفحص البدني. يمكن أن يكون للنتائج آثار مهمة عبر مجموعة واسعة من التخصصات ، بما في ذلك الفيزياء وعلم الأعصاب وعلم الأحياء.
في الأساس ، ينبثق سهم الزمن من القانون الثاني للديناميكا الحرارية. إنه مبدأ أن الترتيبات المجهرية للأنظمة الفيزيائية تميل إلى الزيادة بشكل عشوائي ، والانتقال من الترتيب إلى الفوضى. وكلما زاد اضطراب النظام ، زادت صعوبة عودته إلى حالة منظمة ، وزاد سهم الوقت أقوى. باختصار ، ميل الكون إلى الفوضى هو السبب الأساسي الذي يجعلنا نختبر الوقت يتدفق في اتجاه واحد.
“السؤالان اللذان طرحهما فريقنا هما: إذا نظرنا إلى نظام معين ، فهل سنكون قادرين على تحديد قوة سهمه الزمني ، وهل سنتمكن من تحديد كيفية ظهوره من النطاق المجهري ، حيث تتفاعل الخلايا والخلايا العصبية قال كريستوفر لين ، زميل ما بعد الدكتوراه في ITS والمؤلف الأول للورقة البحثية: “النتائج التي توصلنا إليها هي الخطوة الأولى في فهم كيف ينبثق سهم الوقت الذي نختبره في الحياة اليومية من هذه التفاصيل الدقيقة”.
للبدء في الإجابة على هذه الأسئلة ، اكتشف الفيزيائيون كيف يمكن تقسيم سهم الوقت من خلال مراقبة أجزاء معينة من النظام والتفاعلات بينها. على سبيل المثال ، يمكن أن تكون الأجزاء عبارة عن الخلايا العصبية التي تعمل في شبكية العين. بالنظر إلى لحظة واحدة ، أظهروا أن سهم الوقت يمكن تقسيمه إلى أجزاء مختلفة: تلك التي تنتجها أجزاء تعمل بشكل فردي ، في أزواج ، في ثلاثة توائم ، أو في تكوينات أكثر تعقيدًا.
مسلحين بهذه الطريقة لتحليل سهم الزمن ، قام العلماء بتحليل التجارب الحالية على استجابة الخلايا العصبية في شبكية السمندل لأفلام مختلفة. في فيلم ما ، يتحرك كائن واحد بشكل عشوائي عبر الشاشة بينما يصور كائن آخر كل تعقيد المشاهد الموجودة في الطبيعة. في كلا الفيلمين ، وجد الفريق أن سهم الزمن نشأ من تفاعلات بسيطة بين أزواج من الخلايا العصبية ، وليس مجموعات كبيرة ومعقدة. والمثير للدهشة أن الباحثين لاحظوا أيضًا أن شبكية العين أظهرت سهمًا زمنيًا أقوى عند ملاحظة الحركة العشوائية مقارنة بالمشهد الطبيعي. قال لين إن هذا الاكتشاف الأخير يثير أسئلة حول كيفية توافق إدراكنا الداخلي لسهم الوقت مع العالم الخارجي.
قال لين: “قد تكون هذه النتائج ذات أهمية خاصة لباحثي علم الأعصاب”. “يمكن أن تؤدي ، على سبيل المثال ، إلى إجابات حول ما إذا كان سهم الوقت يعمل بشكل مختلف في أدمغة النمط العصبي.”
قال الباحث ديفيد شواب: “إن تحلل كريس للانعكاس المحلي – المعروف أيضًا باسم سهم الزمن – هو إطار عام أنيق يمكن أن يوفر منظورًا جديدًا لاستكشاف العديد من الأنظمة غير المتوازنة عالية الأبعاد”. . الفيزياء والبيولوجيا في مركز الدراسات العليا.
المرجع: تم قبول “تحليل السهم المحلي للوقت في الأنظمة المتفاعلة” بقلم كريستوفر دبليو لين وكارولين إم هولمز وويليام بياليك وديفيد جيه شواب ، خطابات الفحص البدني.
المؤلفون بالترتيب: كريستوفر دبليو لين ، دكتوراه ، زميل ما بعد الدكتوراه ، مركز الدراسات العليا بجامعة مدينة نيويورك ؛ كارولين م. هولمز ، طالبة دكتوراه ، برينستون ؛ ويليام بياليك ، دكتوراه ، أستاذ الفيزياء ، مركز الدراسات العليا بجامعة مدينة نيويورك ؛ وديفيد جيه 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 and Alfred P Sloan Foundation.