物理学在微观的层次几乎完全是时间对称的，这意味着物理学定律在时间流易的方向倒转之后仍然保持为真。但是在宏观层次却显得并不是那么回事：时间存在着明显的方向性。时间箭头，又称时间之箭，就是用于描述这种不对称的现象。
时间之箭是一个物理学概念，它推断时间在向前进、而且只是向前。我们通常所说的吃饭时间、睡觉时间等，是我们创造出来的时间概念，但物理学家们对时间箭头的研究，是侧重于微观层面的时间的物理阻抗力。
时间之箭是人类一个古老的谜团，为什么以线性顺序感知时间？时间如何以线性顺序感知的？对这些基本问题的认知，一直成为了理论物理学的动力。
广义地说，时间之箭是为我们指明时间方向的一些规律。依据这些规律，我们可以明确指出事件发生的先后顺序。
狭义上讲，时间之箭指那些非时间对称的物理规律。由于这些物理规律是非时间对称的，因而可在物理学上据此明确地指出时间的方向。
例如著名的熵增定理，热力学第二定律的另一种表述形式指出，一个孤立系统的熵不会减小。因而我们可以通过测量一个孤立系统的熵来确定时间的方向。
科学家们正在揭开时间之箭的神秘面纱，这对物理学、神经科学和生物学具有重要意义。
我们如何体验世界的一个核心特征，是时间从过去流向未来。但这种被称为时间之箭的现象，究竟是如何由粒子和细胞之间的微观相互作用产生的，一直是一个谜团。
理论物理学家的一项新研究，在确定粒子和细胞如何产生我们随着时间流逝而经历的大规模动力学方面，取得了进展。科学家通过用“粒子流”理论，来解开时间之箭这个古老的谜团的奥秘。
纽约市立大学理论科学研究生中心计划的研究人员在帮助解开这个谜团，他们在最近《物理评论快报》杂志上发表的一篇新论文的发现，可能对包括物理学、神经科学和生物学在内的广泛学科产生重要影响。
从根本上说，时间之箭源于热力学第二定律。这就是物理系统的微观排列趋向于随机性增加，从有序走向无序的原理。一个系统越是无序，就越难回到有序状态，时间之箭就越强大。简而言之，宇宙的无序倾向是我们经历时间向一个方向流动的根本原因。
该论文的第一作者ChristopherLynn说，“我们团队的两个问题是，如果我们观察一个特定的系统，我们是否能够量化其时间箭头的强度，以及我们是否能够理清它是如何从微观尺度中出现的，细胞和神经元与整个系统相互作用？”“我们的发现为了解我们在日常生活中所经历的时间之箭，如何从这些更微观的细节中出现提供了第一步。”
为了开始回答这些问题，物理学家探索了如何通过观察系统的特定部分以及它们之间的相互作用来分解时间之箭。例如，这些部分可能是在视网膜内起作用的神经元。观察一个时刻，他们表明时间之箭可以分解成不同的部分：由单独、成对、三组或更复杂的配置工作的部分。
研究人员探索的孤立系统是蝾螈眼视网膜中的神经元。蝾螈观看了一系列视频，研究发现时间之箭是由眼睛中运行的简单系统创建的。
借助这种分解时间箭头的方法，科学家们分析了现有的关于蝾螈视网膜神经元对不同电影的反应的实验。在一部影视中，一个物体在屏幕上随机移动，而另一部影视则描绘了自然界中场景的全部复杂性。在这两部影视中，研究小组发现时间之箭来自神经元对之间的简单交互，而不是大而复杂的组。令人惊讶的是，研究人员还观察到，在观看随机运动时，视网膜显示出比自然场景更强的时间箭头。后一项发现引发了对时间之箭的内部感知如何与外部世界保持一致的问题。
Lynn说，“这些结果可能对神经科学研究人员特别感兴趣，”“例如，可以得出关于时间箭头在非典型神经元大脑中的功能是否不同的答案。”“我们的发现，为了解我们在日常生活中经历的时间之箭是如何从这些更微观的细节中出现的，迈出了第一步。”
该研究的首席研究员、研究生中心物理和生物学系教授、大卫-施瓦布表示说，“对局部不可逆性的分解——也称为时间之箭——是一个优雅的通用框架，可以为探索许多高维、非平衡系统提供新的视角”。
该研究结果论文，已被接受即将发表在最近的《物理评论快报》上，论文题为：“在交互系统中分解局部时间箭头”（De