Des physiciens elucident le mystère de la « flèche du temps »

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La flèche du temps, evoked for the first time in 1928 by astrophysicist Arthur Eddington, describes the flow of time from the past to the future. Ce qui relie ce phénomène aux interactions microscopiques entre les particules et les cellules reste cependant un mystère. Des physiciens théoriciens du Graduate Center de l’Université de la ville de New York apportent aujourd’hui de nouveaux éléments de réponse.

Le temps s’école toujours dans la même direction — et nous aurions d’ailleurs du mal à imagine qu’il en soit autrement. But comment l’ensemble des particules et des cells qui composent la matière donnent-elles lieu à cette dynamique à grande échelle? C’est un mystère que tentent de rousseau les physiciens depuis des décenés. This “flèche du temps” raises several questions, due to the asymmetry that characterizes it: the past is not the strict reflection of the future and it is possible to act on the future, but not on the past. Time is the only physical dimension that seems characterized by irreversibility.

La flèche du temps decoulé de la deuxième loi de la thermodynamique (also known under the nom de principe de Carnot), selon laquelle les microscopiques des systèmes physicales ont tendance à augmenter de manière aleatorye, passant de l’ordre au désordre (ce qui se traduit par une augmentation de l’entropie du système). Plus un système devient désordonné, plus il lui est difficile de retourner à son état initial (ordonné) et plus la flèche du temps est forte. « En bref, la tendance de l’Univers au désordre est la raison fundamentale pour laquelle nous constatons que le temps sécole dans une seule direction », résumént les chercheurs dans un communiqué.

D’où vient l’irréversibilité du temps?

La flèche du temps est une notion purely macroscopic et definit notre façon de voir le monde. Une scène qui vient de se déroller sous nos yeux ne peut être inversée sans que le résultat nous semble complètement irréaliste. À l’échelle atomique en revanche, il n’y a aucune distinction entre le passé et le futur : absolument tous les phénomènes que nous observons presente, à l’échelle microscopique, une parfaite symétrie entre le passé et le futur; autrement dit, ils sont réversibles. Mais alors, d’où vient l’irréversibilité du temps?

Pour éclairer la théorie de la flèche du temps, l’équipe — dont fait partie Christopher Lynn, postdoctorant du program Initiative for Theoretical Sciences du CUNY Graduate Center — a tenté de réponder à deux questions précis. Tout d’abord, il était question de considerar un système particulier et de verifier s il était possible de quantify la force de sa flèche du temps. Ensuite, il s’agitait de determiner comment cette force émerge de l’échelle microscopique — à la laquelle les cellules et neurones interagissent — pour finalement s’appliquer au système dans son ensemble.

Afin de réponder à ces questions, les chercheurs ont tenté de décomposer une flèche locale de temps, en observant des specific parts d’un système et leurs interactions. « Dans un système avec de nombreux degrés de liberté, il ya un terme qui provient de la dynamique irreversible des individual variables, et en suite une série de termes non négatives contributing to the correlations entre les pairs, les triplets, et les combinaisons d’ordre supérieur de variables », écrivent-ils dans leur article.

En clair, les “parties” don’t il est question ici potrouint par exemple être les neurones situés dans une rétine (le système). À un instant précis, la flèche du temps peut être décomposée en plusieurs éléments: ceux produits par des parts fonctionnant individuellement, par paires, en triplets ou dans des configurations plus complexes. On this basis, the researchers analyzed the results of previous experiments on the response of the neurons of the retina of a salamander to the vision of different films.

Une irreversibilité qui repose sur une dynamique par paires

L’un des films utilisés montrait un objet unique, se déplaçant de manière aleatorye sur l’écran. Un autre montrait des scènes plus complexes, que l’on trouve generalement dans la nature. Pour les deux films, les chercheurs ont constante que la flèche du temps résultait d’interactions simples entre des paires de neurones (et non d’interactions neuronales plus complexes).

Ils explicient que les preuves de la flèche locale du temps s’accumulent à partir du behavior des degrés de liberté individuels et de leurs interactions. Les dynamiques d’ordre progressivement plus élevé apportent chacune une contribution non negative, ajoutant à l’irréversibilité locale. « Nos résultats constitutive la première étape vers la comprehension de la manière dont la flèche du temps que nous expérimentons dans la vie quotidienne emerge de ces details plus microscopiques », underlines l’équipe.

Contre toute attente, ils ont également remarque que la rétine afficait une flèche du temps plus forte (donc une irreversibilité plus forte) en regardant un mouvement aleatorye qu’en observant une scène plus naturelle. According to Lynn, ce dernier résultat soulève des questions sur la façon don’t notre perception interne de la flèche du temps s’aligne sur le monde extérieur. « These results can be of particular interest to researchers in neuroscience », at-il declared, ajoutant qu’ils potrouint suggérer que la flèche du temps fonctionnée différemment dans le cerveau des personnes neuroatypiques.

En dépit de ces grandes différences dans la force de la flèche du temps locale en réponse à différences entrées, la façon dont l’irréversibilité à grande échelle est construir à partir de la dynamique à petite échelle est constante — avec un rôle dominant joué par les correlations between pairs of neurons. Cette émergence de l’irréversibilité à partir de la dynamique par pairs ouvre la voie à de futures recherches visant à determiner si, et comment, les connexions physicales entre les neurones se combinent pour produire une flèche du temps collective, concluent les chercheurs.

Source: C. Lynn et al., arXiv

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