El flujo del tiempo del pasado al futuro es una característica central de cómo experimentamos el mundo. Pero precisamente cómo este fenómeno, conocido como la flecha del tiempo, surge de las interacciones microscópicas entre las partículas y las células es un misterio, un misterio que los investigadores de la Iniciativa para las Ciencias Teóricas (ITS) del Centro de Graduados de CUNY están ayudando a desentrañar con la publicación de un nuevo artículo en la revista Physical Review Letters . Los hallazgos podrían tener implicaciones importantes en una variedad de disciplinas, incluidas la física, la neurociencia y la biología.

Fundamentalmente, la flecha del tiempo surge de la segunda ley de la termodinámica:el principio de que los arreglos microscópicos de los sistemas físicos tienden a aumentar en aleatoriedad, pasando del orden al desorden. Cuanto más desordenado se vuelve un sistema, más difícil le resulta encontrar el camino de regreso a un estado ordenado, y más fuerte es la flecha del tiempo. En resumen, la tendencia del universo hacia el desorden es la razón fundamental por la que experimentamos que el tiempo fluye en una dirección.

"Las dos preguntas que tenía nuestro equipo eran, si observábamos un sistema en particular, ¿podríamos cuantificar la fuerza de su flecha del tiempo, y seríamos capaces de resolver cómo emerge de la escala micro, donde las células y ¿Las neuronas interactúan con todo el sistema? dijo Christopher Lynn, el primer autor del artículo y becario postdoctoral del programa ITS. "Nuestros hallazgos brindan el primer paso hacia la comprensión de cómo la flecha del tiempo que experimentamos en la vida diaria emerge de estos detalles más microscópicos".

Para comenzar a responder estas preguntas, los investigadores exploraron cómo se podría descomponer la flecha del tiempo al observar partes específicas de un sistema y las interacciones entre ellas. Las partes, por ejemplo, podrían ser las neuronas que funcionan dentro de una retina. Mirando un solo momento, demostraron que la flecha del tiempo se puede dividir en diferentes piezas:las producidas por partes que trabajan individualmente, en parejas, en tripletes o en configuraciones más complicadas

Armados con esta forma de descomponer la flecha del tiempo, los investigadores analizaron experimentos existentes sobre la respuesta de las neuronas en la retina de una salamandra a diferentes películas. En una película, un solo objeto se movía aleatoriamente por la pantalla, mientras que otra mostraba toda la complejidad de las escenas que se encuentran en la naturaleza. En ambas películas, los investigadores descubrieron que la flecha del tiempo surgió de las interacciones simples entre pares de neuronas, no de grupos grandes y complicados. Sorprendentemente, el equipo también observó que la retina mostraba una flecha de tiempo más fuerte cuando observaba un movimiento aleatorio que una escena natural. Lynn dijo que este último hallazgo plantea preguntas sobre cómo nuestra percepción interna de la flecha del tiempo se alinea con el mundo externo.

"Estos resultados pueden ser de particular interés para los investigadores de neurociencias", dijo Lynn. "Podrían, por ejemplo, conducir a respuestas sobre si la flecha del tiempo funciona de manera diferente en cerebros que son neuroatípicos".

"La descomposición de la irreversibilidad local de Chris, también conocida como la flecha del tiempo, es un marco general elegante que puede proporcionar una perspectiva novedosa para explorar muchos sistemas de alta dimensión y sin equilibrio", dijo David Schwab, profesor de Física y Biología en el Graduate Center y el investigador principal del estudio. + Explora más

Caracterización de la 'flecha del tiempo' en sistemas cuánticos abiertos