يعمل العلماء على كشف لغز سهم الزمن مع تداعيات مهمة على الفيزياء وعلم الأعصاب وعلم الأحياء.
أحرزت دراسة جديدة أجراها علماء الفيزياء النظرية تقدمًا نحو تحديد كيفية قيام الجسيمات والخلايا بإحداث ديناميكيات واسعة النطاق نختبرها بمرور الوقت.
السمة المركزية لكيفية تجربتنا للعالم هي تدفق الوقت من الماضي إلى المستقبل. لكن من الغموض بالضبط كيف تنشأ هذه الظاهرة ، المعروفة باسم سهم الزمن ، من التفاعلات المجهرية بين الجسيمات والخلايا. يساعد الباحثون في مبادرة مركز الدراسات العليا بجامعة مدينة نيويورك للعلوم النظرية (ITS) في حل هذا اللغز بنشر بحث جديد في المجلة. رسائل المراجعة البدنية. يمكن أن يكون للنتائج آثار مهمة في مجموعة واسعة من التخصصات ، بما في ذلك الفيزياء وعلم الأعصاب وعلم الأحياء.
في الأساس ، ينبثق سهم الزمن من القانون الثاني للديناميكا الحرارية. هذا هو المبدأ القائل بأن الترتيبات المجهرية للأنظمة الفيزيائية تميل إلى الزيادة في العشوائية ، والانتقال من الترتيب إلى الفوضى. وكلما زاد اضطراب النظام ، زادت صعوبة عودته إلى حالة منظمة ، وزاد سهم الوقت أقوى. باختصار ، ميل الكون نحو الفوضى هو السبب الأساسي الذي يجعلنا نشعر بتدفق الوقت في اتجاه واحد.
“السؤالان اللذان طرحهما فريقنا كانا ، إذا نظرنا إلى نظام معين ، هل سنتمكن من تحديد قوة سهمه للوقت ، وهل سنتمكن من تحديد كيفية ظهوره من المقياس الدقيق ، وأين الخلايا و تتفاعل الخلايا العصبية مع النظام بأكمله؟ ” قال كريستوفر لين ، زميل ما بعد الدكتوراه في برنامج ITS والمؤلف الأول للورقة البحثية. “توفر النتائج التي توصلنا إليها الخطوة الأولى نحو فهم كيف ينبثق سهم الوقت الذي نختبره في الحياة اليومية من هذه التفاصيل المجهرية”.
للبدء في الإجابة على هذه الأسئلة ، اكتشف الفيزيائيون كيف يمكن أن يتحلل سهم الزمن من خلال مراقبة أجزاء معينة من النظام والتفاعلات بينها. على سبيل المثال ، يمكن أن تكون الأجزاء عبارة عن الخلايا العصبية التي تعمل داخل 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 أحد الأفلام ، كان كائن واحد يتحرك بشكل عشوائي عبر الشاشة بينما يصور فيلم آخر التعقيد الكامل للمشاهد الموجودة في الطبيعة. عبر كلا الفيلمين ، اكتشف الفريق أن سهم الزمن نشأ من التفاعلات البسيطة بين أزواج من الخلايا العصبية – وليس مجموعات كبيرة ومعقدة. والمثير للدهشة أن الباحثين لاحظوا أيضًا أن شبكية العين تظهر سهمًا أقوى للوقت عند مشاهدة حركة عشوائية مقارنة بالمشهد الطبيعي. قال لين إن هذا الاكتشاف الأخير يثير تساؤلات 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 الأدمغة العصبية النمطية.”
قال ديفيد شواب ، الباحث الرئيسي في الدراسة والأستاذ ، إن “تحلل كريس للانعكاس المحلي – المعروف أيضًا باسم سهم الوقت – هو إطار عام أنيق قد يوفر منظورًا جديدًا لاستكشاف العديد من الأنظمة عالية الأبعاد غير المتوازنة”. الفيزياء والبيولوجيا في مركز الدراسات العليا.
المرجع: “تحليل السهم المحلي للوقت في الأنظمة المتفاعلة” بقلم كريستوفر دبليو لين وكارولين إم هولمز وويليام بياليك وديفيد جيه شواب ، رسائل المراجعة البدنية.
المؤلفون بالترتيب: كريستوفر دبليو لين ، دكتوراه ، زميل ما بعد الدكتوراه ، مركز الدراسات العليا بجامعة مدينة نيويورك ؛ كارولين إم 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 ، Alfred P Sloan Foundation.
“هواة الإنترنت المتواضعين بشكل يثير الغضب. مثيري الشغب فخور. عاشق الويب. رجل أعمال. محامي الموسيقى الحائز على جوائز.”