微觀世界時間是什麼樣子？科學家初步探討

時間的方向性在微觀世界如何體現，這是科學家希望探索的課題。(Shutterstock)

【大紀元2022年08月31日訊】（大紀元記者高文森編譯報導）人們都知道時間從來都只有一個方向：從過去到未來。這是從宏觀世界看到的效果。一些科學家想探查時間流動的方向性在微觀世界中是如何展現的。

6月24日發表於《物理評論快報》（Physical Review Letters）的一份研究對此進行了探討，並有了一些發現，並對物理學、神經科學及生物學有重要的意義。

人們對時間的認知，包括任何生命，總是從小長到大，從年輕到年老，這是固定不變的規律。物理學家從更基礎的層面對時間進行了定義，雖然也是在描述這樣的規律，但是聽起來抽象得多。他們把時間的方向性叫做「時間箭頭」（arrow of time），認為是熱力學第二定律衍生出的規律：即任何一個物質系統隨著時間的流逝，無序度總是在增加。系統的無序程度越高，越難回到其以前有序的狀態，「時間箭頭」就越顯著。

因此物理學家總結說，「這個宇宙內物質總是朝向無序的方向發展的特性，是人們感受到時間只朝一個方向流逝的根本原因。」

這份研究的主要作者之一紐約市立大學（CUNY）理論科學研究中心的博士後研究員克里斯托弗‧林恩（Christopher Lynn）說，他們研究組從兩個問題著手探討這個領域。「如果我們考察任何一個特定的系統，我們能夠量化其時間的方向性嗎？我們能夠找出該系統微觀層面時間的方向性（比如細胞與神經元相互作用的微觀系統）是如何拓展到整個系統的嗎？」

林恩說：「日常生活中所感受到的時間箭頭在微觀世界的體現是什麼樣的？我們的研究為理解這個問題邁出了第一步。」

為了解答前面提出的兩個問題，研究人員先探索如何通過觀察系統內特定的組成區塊、以及它們之間的互動分解時間箭頭。這份研究所觀察的特定組成區塊是視網膜內的神經元細胞。他們發現，在一個特定的時間點，時間箭頭可以被分解成由不同區塊產生的不同的片段。這些區塊有的單獨工作，有的兩個、三個一組，另外一些則有著更複雜的組合模式。

定義好如何分解時間箭頭的概念後，研究人員對已有的一套試驗數據進行分析。這項試驗記錄了一隻火蜥蜴（salamander）視網膜細胞對不同視頻的反應。一個視頻展示的是一個單一的物體在屏幕上無規律的移動；另一個視頻展示的是自然界裡會看到的更真實複雜的景象。

研究稱，「分析顯示在兩個視頻的試驗中，時間箭頭都是從兩個一組的神經元區塊中產生，沒有見到更複雜的區塊結構。」

另一個發現更令研究人員感到驚訝：觀看隨機移動物體視頻的視網膜所體現的時間的方向性更高。林恩說：「這項發現對生物體內部如何與外在世界保持一致的認知提出了挑戰。神經科學領域的研究者可能會對這些發現很感興趣。」

這份研究的另一位主要研究者、物理學和生物學教授大衛·施瓦布（David Schwab）說：「把時間箭頭進行分解的理論，是一個巧妙而且具有普遍意義的理論框架，為探索很多具有多維度空間、沒有達到平衡狀態的系統，提供了一個創新的思路。」

責任編輯：孫芸