Fizikçiler zamanın okunun gizemini ortaya koyuyor

Teorik fizikçiler tarafından yapılan yeni bir çalışma, parçacıkların ve hücrelerin zaman içinde deneyimlediğimiz büyük ölçekli dinamikleri nasıl tetiklediğini belirlemeye yönelik ilerleme kaydetti.

Dünyayı nasıl deneyimlediğimizin temel özelliği, geçmişten geleceğe zamanın akışıdır. Ancak zamanın oku olarak bilinen bu olgunun, parçacıklar ve hücreler arasındaki mikroskobik etkileşimlerden nasıl ortaya çıktığı tam olarak bir sırdır. City University of New York’un Teorik Bilimler Yüksek Lisans Merkezi (ITS) girişimindeki araştırmacılar, dergide yeni araştırmalar yayınlayarak bu bulmacanın çözülmesine yardımcı oluyorlar. fiziksel inceleme mesajları. Bulguların fizik, sinirbilim ve biyoloji dahil olmak üzere çok çeşitli disiplinler için önemli etkileri olabilir.

Esasen, zamanın oku termodinamiğin ikinci yasasından kaynaklanmaktadır. Bu, fiziksel sistemlerin mikroskobik düzenlemelerinin, düzenden kaosa geçerek rastgelelik içinde artma eğiliminde olduğu ilkesidir. Ve sistem ne kadar düzensizse, düzenli bir duruma geri dönmek o kadar zordu ve zamanın oku o kadar güçlü hale geldi. Kısacası, evrenin kaosa eğilimi, zamanın akışını tek yönde hissetmemizin başlıca nedenidir.

“Ekibimizin sorduğu iki soru, belirli bir sisteme bakarsak, okunun zamana göre gücünü belirleyebilecek miyiz ve tam ölçekten nasıl göründüğünü ve hücrelerin nerede olduğunu belirleyebilecek miyiz? ve nöronlar tüm sistemle etkileşime giriyor mu?” diyor ITS programında doktora sonrası araştırmacı ve araştırma makalesinin ilk yazarı Christopher Lane. “Bulgularımız, günlük yaşamda deneyimlediğimiz zamanın okunun bu mikroskobik ayrıntılardan nasıl ortaya çıktığını anlama yolunda ilk adımı sağlıyor.”

Bu soruları yanıtlamaya başlamak için fizikçiler, sistemin belirli kısımlarını ve aralarındaki etkileşimleri gözlemleyerek zamanın okunun nasıl bozulabileceğini keşfettiler. Örneğin, segmentler retina içinde çalışan nöronlar olabilir. Bir ana bakarak, zaman okunun farklı parçalara bölünebileceğini gösterdiler: tek tek, çiftler halinde, üçlüler halinde veya daha karmaşık konfigürasyonlarda hareket eden parçalar tarafından üretilenler.

Zaman okunu analiz etmek için bu yöntemle donanmış bilim adamları, semenderin retinasındaki nöronların farklı filmlere tepkisi üzerine mevcut deneyleri analiz ettiler. Bir filmde, bir nesne ekranda rastgele hareket ederken, başka bir film doğada bulunan sahnelerin tüm karmaşıklığını tasvir ediyordu. Her iki filmde de ekip, zamanın okunun büyük, karmaşık kümeler değil, nöron çiftleri arasındaki basit etkileşimlerden kaynaklandığını keşfetti. Şaşırtıcı bir şekilde, araştırmacılar, bir manzaraya kıyasla rastgele hareketi görüntülerken retinanın daha güçlü bir zaman oku gösterdiğini de gözlemlediler. Lin, bu son keşfin, zaman okuna ilişkin içsel algımızın dış dünyaya nasıl karşılık geldiğine dair soruları gündeme getirdiğini söyledi.

Lin, “Bu bulgular, sinirbilim araştırmacıları için özellikle ilgi çekici olabilir.” Dedi. “Örneğin, zaman okunun tipik nevrotik beyinlerde farklı şekilde çalışıp çalışmadığı hakkında cevaplara yol açabilir.”

Çalışmanın baş yazarı ve profesör David Schwab, “Chris’in yerel yansımanın ayrıştırılması – aynı zamanda zamanın oku olarak da bilinir – dengede olmayan birçok yüksek boyutlu sistemi keşfetmek için yeni bir bakış açısı sağlayabilecek zarif bir genel çerçevedir” dedi. . Lisansüstü Merkezinde Fizik ve Biyoloji.

Referans: Christopher W. Lin, Carolyn M. Holmes, William Bialik ve David J. Schwab tarafından “Etkileşimli Sistemlerde Zamanın Yerel Ok Analizi”, fiziksel inceleme mesajları.

Yazarlar sırasıyla: Christopher W. Lin, Ph.D., Doktora Sonrası Araştırma Görevlisi, City University of New York Graduate Center; Carolyn M. Holmes, doktora öğrencisi, Princeton; William Bialik, Ph.D., Fizik Profesörü, City University of New York Graduate Center; ve David J. Schwab, Ph.D., Fizik ve Biyoloji Profesörü, City University of New York Graduate Center

Finansman kaynakları: Ulusal Bilim Vakfı, Ulusal Sağlık Enstitüleri, James S McDonnell Vakfı, Simons Vakfı, Alfred P Sloan Vakfı.