Le passage du temps du passé au futur est une caractéristique centrale de notre expérience du monde. Mais précisément comment ce phénomène, connu sous le nom de flèche du temps, découle des interactions microscopiques entre les particules et les cellules est un mystère que les chercheurs de la CUNY Graduate Center Initiative for the Theoretical Sciences (ITS) aident à résoudre avec la publication de un nouvel article dans la revue Physical Review Letters . Les résultats pourraient avoir des implications importantes dans diverses disciplines, notamment la physique, les neurosciences et la biologie.

Fondamentalement, la flèche du temps découle de la deuxième loi de la thermodynamique :le principe selon lequel les arrangements microscopiques des systèmes physiques ont tendance à augmenter de manière aléatoire, passant de l'ordre au désordre. Plus un système devient désordonné, plus il lui est difficile de retrouver son chemin vers un état ordonné, et plus la flèche du temps est forte. En bref, la tendance de l'univers au désordre est la raison fondamentale pour laquelle nous faisons l'expérience que le temps s'écoule dans une seule direction.

"Les deux questions que notre équipe se posait étaient les suivantes :si nous examinions un système particulier, serions-nous capables de quantifier la force de sa flèche du temps, et serions-nous capables de déterminer comment il émerge de la micro-échelle, où les cellules et les neurones interagissent, à l'ensemble du système ?" a déclaré Christopher Lynn, premier auteur de l'article et boursier postdoctoral du programme ITS. "Nos découvertes constituent la première étape pour comprendre comment la flèche du temps que nous vivons dans la vie quotidienne émerge de ces détails plus microscopiques."

Pour commencer à répondre à ces questions, les chercheurs ont exploré comment la flèche du temps pouvait être décomposée en observant des parties spécifiques d'un système et les interactions entre elles. Les parties, par exemple, pourraient être les neurones qui fonctionnent dans une rétine. En regardant un seul instant, ils ont montré que la flèche du temps peut être décomposée en différents morceaux :ceux produits par des pièces travaillant individuellement, par paires, par triplets ou dans des configurations plus compliquées

Armés de cette manière de décomposer la flèche du temps, les chercheurs ont analysé les expériences existantes sur la réponse des neurones d'une rétine de salamandre à différents films. Dans un film, un seul objet se déplaçait au hasard sur l'écran tandis qu'un autre décrivait toute la complexité des scènes trouvées dans la nature. Dans les deux films, les chercheurs ont découvert que la flèche du temps émergeait des interactions simples entre des paires de neurones, et non de grands groupes compliqués. Étonnamment, l'équipe a également observé que la rétine montrait une flèche temporelle plus forte lors de l'observation d'un mouvement aléatoire qu'une scène naturelle. Lynn a déclaré que cette dernière découverte soulève des questions sur la façon dont notre perception interne de la flèche du temps s'aligne sur le monde extérieur.

"Ces résultats peuvent être d'un intérêt particulier pour les chercheurs en neurosciences", a déclaré Lynn. "Ils pourraient, par exemple, conduire à des réponses sur la question de savoir si la flèche du temps fonctionne différemment dans les cerveaux neuroatypiques."

"La décomposition de Chris de l'irréversibilité locale - également connue sous le nom de flèche du temps - est un cadre général élégant qui peut fournir une nouvelle perspective pour explorer de nombreux systèmes hors équilibre de haute dimension", a déclaré David Schwab, professeur de physique et de biologie à le Graduate Center et le chercheur principal de l'étude. + Explorer plus loin

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