O fluxo do tempo do passado para o futuro é uma característica central de como experimentamos o mundo. Mas precisamente como esse fenômeno, conhecido como a seta do tempo, surge das interações microscópicas entre partículas e células é um mistério – que pesquisadores do CUNY Graduate Center Initiative for the Theoretical Sciences (ITS) estão ajudando a desvendar com a publicação de um novo artigo na revista Physical Review Letters . As descobertas podem ter implicações importantes em uma variedade de disciplinas, incluindo física, neurociência e biologia.
Fundamentalmente, a flecha do tempo surge da segunda lei da termodinâmica:o princípio de que arranjos microscópicos de sistemas físicos tendem a aumentar em aleatoriedade, movendo-se da ordem para a desordem. Quanto mais desordenado um sistema se torna, mais difícil é para ele encontrar seu caminho de volta a um estado ordenado, e mais forte é a flecha do tempo. Em suma, a tendência do universo para a desordem é a razão fundamental pela qual experimentamos o tempo fluindo em uma direção.

"As duas perguntas que nossa equipe tinha eram, se olharmos para um sistema em particular, seríamos capazes de quantificar a força de sua flecha do tempo, e seríamos capazes de descobrir como ela emerge da microescala, onde células e neurônios interagem, para todo o sistema?" disse Christopher Lynn, o primeiro autor do artigo e pós-doutorando do programa ITS. “Nossas descobertas fornecem o primeiro passo para entender como a flecha do tempo que experimentamos na vida cotidiana emerge desses detalhes mais microscópicos”.

Para começar a responder a essas perguntas, os pesquisadores exploraram como a seta do tempo poderia ser decomposta observando partes específicas de um sistema e as interações entre elas. As partes, por exemplo, podem ser os neurônios que funcionam dentro de uma retina. Olhando para um único momento, eles mostraram que a flecha do tempo pode ser decomposta em diferentes peças:aquelas produzidas por peças trabalhando individualmente, em pares, em trigêmeos ou em configurações mais complicadas

Armados com essa maneira de decompor a seta do tempo, os pesquisadores analisaram experimentos existentes sobre a resposta dos neurônios na retina de uma salamandra a diferentes filmes. Em um filme, um único objeto se movia aleatoriamente pela tela, enquanto outro retratava toda a complexidade das cenas encontradas na natureza. Em ambos os filmes, os pesquisadores descobriram que a seta do tempo surgiu das interações simples entre pares de neurônios – não grupos grandes e complicados. Surpreendentemente, a equipe também observou que a retina mostrava uma seta do tempo mais forte ao observar um movimento aleatório do que uma cena natural. Lynn disse que esta última descoberta levanta questões sobre como nossa percepção interna da flecha do tempo se alinha com o mundo externo.

"Esses resultados podem ser de particular interesse para pesquisadores de neurociência", disse Lynn. “Eles podem, por exemplo, levar a respostas sobre se a seta do tempo funciona de maneira diferente em cérebros neuroatípicos”.

"A decomposição da irreversibilidade local de Chris - também conhecida como a flecha do tempo - é uma estrutura geral elegante que pode fornecer uma nova perspectiva para explorar muitos sistemas de alta dimensão e não-equilíbrio", disse David Schwab, professor de Física e Biologia da o Centro de Pós-Graduação e o investigador principal do estudo. + Explorar mais

Caracterizando a 'seta do tempo' em sistemas quânticos abertos