(相關(guān)資料圖)

這些發(fā)現(xiàn)可能對廣泛的學(xué)科產(chǎn)生重要影響，包括物理學(xué)、神經(jīng)科學(xué)和生物學(xué)。

從根本上說， “時(shí)間箭頭”產(chǎn)生于熱力學(xué)第二定律。這是物理系統(tǒng)的微觀排列趨向于增加隨機(jī)性的原則，從有序到無序。一個(gè)系統(tǒng)變得越無序，它就越難找到回到有序狀態(tài)的方法，“時(shí)間箭頭”也就越強(qiáng)。簡而言之，宇宙的無序傾向是我們體驗(yàn)到時(shí)間朝一個(gè)方向流動(dòng)的根本原因。

“我們團(tuán)隊(duì)的兩個(gè)問題是，如果我們觀察一個(gè)特定的系統(tǒng)，我們是否能夠量化其時(shí)間箭頭的強(qiáng)度，以及我們是否能夠理清它是如何從細(xì)胞和神經(jīng)元相互作用的微觀尺度出現(xiàn)在整個(gè)系統(tǒng)中的？”ITS項(xiàng)目的博士后和該論文的第一作者 Christopher Lynn說?！拔覀兊陌l(fā)現(xiàn)為理解我們在日常生活中體驗(yàn)到的時(shí)間箭頭是如何從這些更微觀的細(xì)節(jié)中出現(xiàn)的提供了第一步?！?/p>

為了開始回答這些問題，物理學(xué)家們探索了如何通過觀察一個(gè)系統(tǒng)的特定部分和它們之間的相互作用來分解時(shí)間箭頭。例如，這些部分可以是在視網(wǎng)膜內(nèi)運(yùn)作的神經(jīng)元。觀察一個(gè)單一的時(shí)刻，他們表明“時(shí)間箭頭”可以被分解成不同的部分：那些由單獨(dú)工作的部分、成對工作的部分、三合一工作的部分或更復(fù)雜的配置產(chǎn)生的部分。

有了這種分解“時(shí)間箭頭”的方法，科學(xué)家們分析了關(guān)于蠑螈視網(wǎng)膜中的神經(jīng)元對不同電影的反應(yīng)的現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)。在一部電影中，一個(gè)物體在屏幕上隨機(jī)移動(dòng)，而另一部電影則描繪了自然界中的全部復(fù)雜場景。在這兩部電影中，研究小組發(fā)現(xiàn)，“時(shí)間箭頭”出現(xiàn)在成對的神經(jīng)元之間的簡單互動(dòng)中，而不是大型的、復(fù)雜的群體。令人驚訝的是，研究人員還觀察到，在觀看隨機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)，視網(wǎng)膜顯示的“時(shí)間箭頭”比自然場景更強(qiáng)。Lynn說，這后一個(gè)發(fā)現(xiàn)提出了關(guān)于我們對“時(shí)間箭頭”的內(nèi)部感知如何與外部世界保持一致的問題。

Lynn表示：“這些結(jié)果可能會(huì)引起神經(jīng)科學(xué)研究人員的特別興趣。例如，它們可能會(huì)導(dǎo)致關(guān)于時(shí)間箭頭在神經(jīng)類型的大腦中是否有不同功能的答案?！?/p>

該研究的主要研究者、研究生中心的物理學(xué)和生物學(xué)教授David Schwab說：“Chris對局部不可逆性的分解--也被稱為時(shí)間箭頭--是一個(gè)優(yōu)雅、通用的框架，可能為探索許多高維、非平衡系統(tǒng)提供一個(gè)新視角?！?/p>