Временная ось, она же стрела времени в контексте термодинамики — это принцип, говорящий о том, что в микроскопической организации физических систем нарастает неупорядоченность. Чем более неупорядоченной становится система, тем сложнее ей вернуться к порядку, и тем сильнее стрела времени. Короче говоря, склонность вселенной к хаосу — фундаментальная причина, почему мы воспринимаем время как однонаправленный процесс.

«У нашей команды было два вопроса. Если мы взглянем на отдельную систему, сможем ли мы определить силу ее стрелы времени? И сможем ли мы разобраться, как она возникла из микроскопического масштаба, на котором взаимодействуют клетки и нейроны, до целой системы? — сказал Кристофер Лин из Городского университета Нью-Йорка, первый автор статьи. — Наши результаты — первый шаг к пониманию, как стрела времени, с которой мы сталкиваемся в повседневной жизни, возникает из многочисленных микроскопических элементов».

Для того чтобы начать отвечать на этот вопрос, ученые исследовали, как можно разложить стрелу времени на составные части, наблюдая за ними и за их взаимодействиями, пишет Phys.org. Эти элементы, к примеру, могут быть нейронами внутри сетчатки глаза. В ходе исследования выяснилось, что стрела времени может быть разбита на различные составляющие: те, которые возникли из отдельных частиц, из пар, троек или более сложных конфигураций.

Вооружившись таким методом анализа стрелы времени, ученые рассмотрели проведенные эксперименты по реакции нейронов в сетчатке саламандр на различные видеоизображения. В одном ролике единственный объект двигался хаотично по экрану, в другом были сложные сцены, снятые на природе. В обоих случаях, как выяснилось, стрела времени возникает из простых взаимодействий между парами нейронов — а не больших и сложных групп.

Что интересно, ученые обнаружили, что сетчатка демонстрировала более сильную стрелу времени, когда саламандре показывали ролик с хаотичным движением, чем с видами природы. По словам Лина, последнее открытие поднимает вопрос о том, как наше внутреннее восприятие стрелы времени согласуется с внешним миром.

«Эти результаты могут иметь особенный интерес для нейробиологов, — сказал он. — Они могли бы, например, привести к ответам о том, не работает ли стрела времени как-нибудь иначе в нейронетипичном мозге».

Специалисты из США разработали два года назад алгоритм машинного обучения, который меняет направление стрелы времени для микро- и макроскопических процессов. С его помощью ученые смогут открыть новые принципы физики, связанные с термодинамикой.