物理学者が時間の矢の謎を解明

理論物理学者による新しい研究は、粒子と細胞が時間の経過とともに経験する大規模なダイナミクスをどのように引き起こすかを決定する方向に進んでいます。

私たちが世界を体験する方法の中心的な特徴は、過去から未来への時間の流れです。 しかし、時間の矢として知られるこの現象が、粒子と細胞の間の微視的な相互作用からどのように発生するのかは正確には謎です. ニューヨーク市立大学の理論科学大学院センター (ITS) イニシアチブの研究者は、新しい研究をジャーナルに掲載することで、この謎の解決に取り組んでいます。 フィジカルレビューメッセージ. この発見は、物理学、神経科学、生物学など、幅広い分野に重要な意味を持つ可能性があります。

本質的に、時間の矢は熱力学の第二法則に由来します。 これは、物理システムの微視的な配置がランダム性を増し、秩序からカオスへと移行する傾向があるという原理です。 そしてシステムが無秩序になればなるほど、秩序ある状態に戻ることは難しくなり、時間の矢はより強くなりました. つまり、時間の流れを一方向に感じる主な理由は、宇宙が混沌に向かう傾向にあるということです。

「私たちのチームが行った 2 つの質問は、特定のシステムを調べた場合、時間に対する矢の強さを判断できるか、正確なスケールからそれがどのように見えるか、細胞がどこにあるかを判断できるかということでした。 ITS プログラムのポスドク研究員であり、研究論文の筆頭著者である Christopher Lane 氏は次のように述べています。 「私たちの調査結果は、日常生活で経験する時間の矢がこれらの微視的な詳細からどのように発生するかを理解するための最初のステップを提供します。」

これらの質問に答えるために、物理学者は、システムの特定の部分とそれらの間の相互作用を観察することにより、時間の矢がどのように減衰するかを理解しました。 たとえば、セグメントは網膜内を走るニューロンである場合があります。 ある瞬間を見ると、彼らは時間の矢がさまざまな部分に分割できることを示しました。それらは、個別に、ペアで、トリプレットで、またはより複雑な構成で機能する部分によって生成されます。

科学者たちは、時間の矢を分析するこの方法を武器に、さまざまなフィルムに対するサンショウウオの網膜のニューロンの反応に関する現在の実験を分析しました。 ある映画では、1 つのオブジェクトが画面上をランダムに移動していましたが、別の映画では、自然の中で見られるシーンの完全な複雑さが描写されていました。 チームは両方の映画で、時間の矢がニューロンのペア間の単純な相互作用から発生したことを発見しました。大規模で複雑なクラスターではありません。 驚くべきことに、研究チームは、風景と比較して、ランダムな動きを見ているときに、網膜がより強い時間の矢印を示すことも観察しました。 リン氏は、この最新の発見により、時間の矢に対する私たちの内的認識が外界とどのように対応しているかについて疑問が生じると述べました。

「これらの発見は、神経科学研究者にとって特に興味深いものになるかもしれません」と Lin 氏は述べています。 「たとえば、時間の矢が典型的な神経症の脳で異なって機能するかどうかについての答えにつながる可能性があります。」

「時間の矢としても知られる局所反射のクリスの分解は、多くの非平衡高次元システムを探索するための新しい視点を提供する可能性のあるエレガントな一般的なフレームワークです」と、研究の筆頭著者であり教授であるデビッド・シュワブは述べています。 . 大学院センターの物理学と生物学。

参照: 「相互作用するシステムにおける時間のローカル アロー分析」、Christopher W. Lin、Caroline M. Holmes、William Bialik、David J. Schwab 著 フィジカルレビューメッセージ.

著者順: Christopher W. Lin, Ph.D., Postdoctoral Fellow, City University of New York Graduate Center; Caroline M. Holmes、博士課程の学生、プリンストン。 William Bialik 博士、物理学教授、ニューヨーク市立大学大学院センター。 David J. Schwab, Ph.D.、物理学および生物学教授、ニューヨーク市立大学大学院センター

資金源: 国立科学財団、国立衛生研究所、ジェームズ S マクドネル財団、シモンズ財団、アルフレッド P スローン財団。