Bilde: KATERYNA KON/SCIENCE PHOTO LIBRARY via Getty Images
Tidens gang er en universell fasett av livet. Men hva er tid, og hvorfor opplever vi det som noe som har retning, med en fortid og en fremtid? I en ny studie har forskere brutt ned denne “tidspilen” til et mikroskopisk fysisk nivå.
Termodynamikkens andre lov sier at alt har en tendens til å bevege seg fra orden til uorden, en prosess kjent som entropi som definerer tidens pil. En sterkere tidspil betyr at det ville være vanskeligere for et system å gå tilbake til en mer ordnet tilstand.
“Alt vi oppfatter som en forskjell mellom fortiden og fremtiden stammer grunnleggende fra det ene prinsippet om universet,” sa Christopher Lynn, hovedforfatter av studien. Lynn sa at motivasjonen hans for studien var “å forstå hvordan tidens piler vi ser i livet” passer inn i denne større ideen om entropi på skalaen til hele universet.
Ved å bruke tidligere utført forskning på salamandere, undersøkte Lynne og kolleger ved City University of New York og Princeton hvordan tidens pil er representert i interaksjoner mellom amfibienes nevroner som svar på å se en film. Forskningen deres er snart publisert i tidsskriftet Fysiske gjennomgangsbrev.
På den ene siden er det noe åpenbart at en pil av tid ville bli produsert biologisk. “For å være i live, nesten, må du ha en tidspil fordi du utvikler deg fra en baby til en voksen, og du beveger deg hele tiden og tar inn stimuli,” sa Lynne. Faktisk er entropi her irreversibel – du kan ikke gå tilbake.
Det teamet fant var imidlertid alt annet enn intuitivt.
Lynne og kollegene så på en egen studie fra 2015 der forskere fikk salamandere til å se to forskjellige filmer. Den ene avbildet en scene med fisk som svømmer rundt, lik det en salamander kan oppleve i hverdagen. Som i den virkelige verden hadde videoen en tydelig tidspil – det vil si at hvis du så den i revers, ville den se annerledes ut enn om du spilte den fremover. Den andre videoen inneholdt bare en grå skjerm med en svart, horisontal linje i midten av skjermen, som beveget seg raskt opp og ned på en tilfeldig, nervøs måte. Denne videoen hadde ikke en åpenbar tidspil.
“Produserer de mer kompliserte interaksjonene sterkt tidens pil, eller er det den enklere dynamikken?”
Et hovedspørsmål for forskerne var om de kunne plukke ut tegn på “lokal irreversibilitet” i interaksjoner mellom små grupper av retinale nevroner som svar på denne stimulansen. Ville interaksjoner med irreversibilitet – de ville se annerledes ut hvis de ble spilt i revers, med en “tidspil” – til stede i enklere eller mer komplekse interaksjoner mellom nevroner?
“Du kan gå og se på et system, og du kan spørre: produserer de mer kompliserte interaksjonene sterkt tidens pil, eller er det den enklere dynamikken?” sa Lynn.
Forskerne fant at interaksjonene mellom enkle nevronpar først og fremst bestemte tidens pil, uansett hvilken film salamanderne så. Faktisk fant forfatterne en sterkere tidspil for nevronene da salamandere så på videoen med den grå skjermen og den svarte linjen – med andre ord, videoen uten en tidspil i innholdet fremkalte en større tidspil i nevronene .
“Vi trodde naivt at hvis stimulansen har en sterkere tidspil, ville den dukke opp på netthinnen din,” sa Lynn. «Men det var motsatt. Så derfor var det overraskende for oss.»
Mens forskerne ikke kan si sikkert hvorfor dette er, sa Lynn at det kan være fordi salamandere er mer vant til å se noe som fiskefilmen, og å behandle den mer kunstige filmen tok mer energi. I et mer uordnet system, som ville ha en større tidspil, forbrukes mer energi. “Å være i live vil fortsatt definere en pil av tid,” sa Lynne, uansett stimulans.
Noen undersøkelser tyder på, sa Lynn, at hos mennesker kan oppfatningen av tidens pil i den menneskelige hjernen være relatert til hvor hardt folk tenker. Lynn sa at han håper fremtidig forskning kan kaste mer lys over denne ideen.
“Hvis det ikke nødvendigvis er tidens pil i stimulansen som driver tidens pil i netthinnen, hva er det som driver den?” spurte han.
Til syvende og sist er opplevelsen av tidens gang i en fysisk kropp enda mer kompleks enn det ser ut til. Forskere kan bruke denne tilnærmingen til å se etter lokal irreversibilitet til andre kontekster også, hvor mer uventede interaksjoner kan bli funnet for å produsere tid.
“Det gjelder ikke bare nevroner – du kan bruke dette til flokker av fugler, eller noe der du har flere ting som samhandler, som bakteriepopulasjonen,” sa Lynne.
“Og svarene kan være helt forskjellige; tidens pil kan komme fra helt forskjellige steder, fra helt forskjellige typer interaksjoner.”
Becky Ferreira bidro med rapportering til denne artikkelen.