По сути, стрела времени возникает из второго закона термодинамики: принципа, согласно которому микроскопические устройства физических систем имеют тенденцию к увеличению случайности, переходя от порядка к беспорядку. Чем более беспорядочной становится система, тем труднее ей вернуться в упорядоченное состояние и тем сильнее стрела времени. Короче говоря, склонность Вселенной к беспорядку является фундаментальной причиной того, что мы ощущаем течение времени в одном направлении.

«У нашей команды были два вопроса: если мы посмотрим на конкретную систему, сможем ли мы количественно определить силу ее стрелы времени и сможем ли мы разобраться, как она возникает на микроуровне, где клетки и нейроны взаимодействуют со всей системой?» — сказал Кристофер Линн, первый автор статьи и научный сотрудник программы ITS. «Наши результаты обеспечивают первый шаг к пониманию того, как стрела времени, с которой мы сталкиваемся в повседневной жизни, возникает из этих более микроскопических деталей».

Чтобы начать отвечать на эти вопросы, исследователи исследовали, как можно разложить стрелу времени, наблюдая за определенными частями системы и взаимодействием между ними. Части, например, могут быть нейронами, которые функционируют в сетчатке. Взглянув на один момент, они показали, что стрелу времени можно разбить на разные части: те, которые производятся частями, работающими индивидуально, парами, тройками или в более сложных конфигурациях.

Вооружившись таким способом разложения стрелы времени, исследователи проанализировали существующие эксперименты по реакции нейронов сетчатки саламандры на различные фильмы. В одном фильме один объект случайным образом перемещался по экрану, а другой изображал всю сложность сцен, встречающихся в природе. В обоих фильмах исследователи обнаружили, что стрела времени возникла из-за простых взаимодействий между парами нейронов, а не из больших сложных групп. Удивительно, но команда также заметила, что сетчатка показала более сильную стрелу времени при наблюдении за случайным движением, чем за естественной сценой. Линн сказала, что это последнее открытие поднимает вопросы о том, как наше внутреннее восприятие стрелы времени выравнивается с внешним миром.

«Эти результаты могут представлять особый интерес для исследователей в области неврологии», — сказал Линн. «Они могли бы, например, привести к ответам на вопрос, работает ли стрела времени по-другому в нейроатипичном мозгу».

«Разложение Крисом локальной необратимости — также известное как стрела времени — представляет собой элегантную общую схему, которая может обеспечить новую перспективу для изучения многих многомерных неравновесных систем», — сказал Дэвид Шваб, профессор физики и биологии в Центр выпускников и главный исследователь исследования.