Fisikawan mengungkap misteri panah waktu

Sebuah studi baru oleh fisikawan teoretis telah membuat kemajuan dalam menentukan bagaimana partikel dan sel memicu dinamika skala besar yang kita alami dari waktu ke waktu.

Fitur utama dari bagaimana kita mengalami dunia adalah aliran waktu dari masa lalu ke masa depan. Tapi itu adalah misteri bagaimana fenomena ini, yang dikenal sebagai panah waktu, muncul dari interaksi mikroskopis antara partikel dan sel. Para peneliti di City University of New York’s Graduate Center for Theoretical Sciences (ITS) inisiatif membantu memecahkan teka-teki ini dengan menerbitkan penelitian baru di jurnal. pesan ulasan fisik. Temuan ini dapat memiliki implikasi penting untuk berbagai disiplin ilmu, termasuk fisika, ilmu saraf, dan biologi.

Pada dasarnya, panah waktu berasal dari hukum kedua termodinamika. Ini adalah prinsip bahwa pengaturan mikroskopis sistem fisik cenderung meningkat dalam keacakan, bergerak dari keteraturan ke kekacauan. Dan semakin tidak teratur sistemnya, semakin sulit untuk kembali ke keadaan teratur, dan semakin kuat panah waktu. Singkatnya, kecenderungan alam semesta menuju kekacauan adalah alasan utama kita merasakan aliran waktu dalam satu arah.

“Dua pertanyaan yang diajukan tim kami adalah, jika kami melihat sistem tertentu, apakah kami dapat menentukan kekuatan panahnya untuk waktu, dan akankah kami dapat menentukan bagaimana ia muncul dari skala yang tepat, dan di mana sel-selnya? dan neuron berinteraksi dengan keseluruhan sistem?” kata Christopher Lane, rekan pascadoktoral di program ITS dan penulis pertama makalah penelitian tersebut. “Temuan kami memberikan langkah pertama menuju pemahaman bagaimana panah waktu yang kita alami dalam kehidupan sehari-hari muncul dari detail mikroskopis ini.”

Untuk mulai menjawab pertanyaan-pertanyaan ini, fisikawan telah menemukan bagaimana panah waktu dapat meluruh dengan mengamati bagian-bagian tertentu dari sistem dan interaksi di antara mereka. Misalnya, segmen dapat berupa neuron yang berjalan di dalam retina. Melihat pada satu momen, mereka menunjukkan bahwa panah waktu dapat dibagi menjadi bagian-bagian yang berbeda: yang dihasilkan oleh bagian-bagian yang bertindak secara individual, berpasangan, dalam rangkap tiga, atau dalam konfigurasi yang lebih kompleks.

Berbekal metode analisis panah waktu ini, para ilmuwan menganalisis eksperimen terkini tentang respons neuron di retina salamander terhadap film yang berbeda. Dalam satu film, satu objek bergerak secara acak melintasi layar sementara film lain menggambarkan kompleksitas penuh adegan yang ditemukan di alam. Di kedua film, tim menemukan bahwa panah waktu muncul dari interaksi sederhana antara pasangan neuron – bukan kelompok besar dan kompleks. Anehnya, para peneliti juga mengamati bahwa retina menunjukkan panah waktu yang lebih kuat saat melihat gerakan acak dibandingkan dengan lanskap. Lin mengatakan penemuan terbaru ini menimbulkan pertanyaan tentang bagaimana persepsi internal kita tentang panah waktu sesuai dengan dunia luar.

“Temuan ini mungkin menarik bagi para peneliti ilmu saraf,” kata Lin. “Ini bisa, misalnya, mengarah pada jawaban tentang apakah panah waktu bekerja secara berbeda di otak neurotik yang khas.”

“Dekomposisi refleksi lokal Chris – juga dikenal sebagai panah waktu – adalah kerangka umum yang elegan yang dapat memberikan perspektif baru untuk menjelajahi banyak sistem dimensi tinggi yang tidak seimbang,” kata David Schwab, penulis utama studi dan profesor tersebut. . Fisika dan Biologi di Graduate Center.

Referensi: “Analisis Waktu Panah Lokal dalam Sistem yang Berinteraksi” oleh Christopher W. Lin, Carolyn M. Holmes, William Bialik dan David J. Schwab, pesan ulasan fisik.

Urutan Penulis: Christopher W. Lin, Ph.D., Postdoctoral Fellow, Pusat Pascasarjana Universitas Kota New York; Caroline M. Holmes, mahasiswa PhD, Princeton; William Bialik, Ph.D., Profesor Fisika, Pusat Pascasarjana Universitas Kota New York; dan David J. Schwab, Ph.D., Profesor Fisika dan Biologi, Pusat Pascasarjana Universitas Kota New York

Sumber pendanaan: National Science Foundation, National Institutes of Health, James S McDonnell Foundation, Simons Foundation, Alfred P Sloan Foundation.